![](\"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-content\/uploads\/sites\/14\/images\/azra\/crisper.jpg\")
Zamislite rat u kojem vas je znatno nadma\u0161io neprijatelj koji je krajnje nemilosrdan, a napad na vas je sve \u0161to radi. Uvod u neki drugi film Terminator?<\/p>\nZamislite rat u kojem vas je znatno nadma\u0161io neprijatelj koji je krajnje nemilosrdan, a napad na vas je sve \u0161to radi. Uvod u neki drugi film Terminator?<\/p>\n
Ne, ve\u0107 samo jo\u0161 jedan dan za mikrobe kao \u0161to su bakterije i archaea<\/em>, koje se neprestano suo\u010davaju s napadima virusa i invazivnim nitima nukleinske kiseline poznate kao plazmidi, kojima nikad nema kraja. Kako bi pre\u017eivjeli tu agresiju, mikrobi su razvili razne obrambene mehanizame, uklju\u010duju\u0107i i tip adaptivnog imunolo\u0161kog sustava koji se temelji na nukleinskim kiselinama, a koji se vrti oko genetskog elemenata poznatog kao CRISPR, \u0161to je kratica za Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats<\/em>.<\/p>\n Kroz kombinaciju CRISPR i grupu CRISPR povezanih – “Cas” – proteina, mikrobi su sposobni koristiti male prilago\u0111ene RNA molekule kako bi uti\u0161ali kriti\u010dne dijelove genetske poruke invazivca i ste\u0107i imunitet za sli\u010dne invazije u budu\u0107nosti. Kako bi bolje razumjeli kako taj imunolo\u0161ki sustav mikroba radi, znanstvenici su trebali pro\u0161iriti svoje znanje o tome kako se proizvode male RNA molekule prilago\u0111ene CRISPR-u. Odgovore je pru\u017eio tim istra\u017eiva\u010da s Lawrence Berkeley National Laboratory <\/em>(Berkeley Lab) i University of California <\/em>(UC) Berkeley<\/em>.<\/p>\n U studiji koju je vodila biokemi\u010darka Jennifer Doudna, istra\u017eiva\u010dki tim je koristio proteinsku kristalografiju na Berkeley Lab`s Advanced Light Source <\/em>kako bi proizveli kristalnu strukturu endoribonukleaze pod nazivom “Csy4, na atomskoj razini.” Doudna i njezini kolege identificirali su Csy4 kao enzim u prokariota koji pokre\u0107e proizvodnju RNA izvedenih CRISPR-om (crRNAs), male RNA molekule koje ciljaju na i uti\u0161avaju invazivne viruse i plazmide.<\/p>\n “Na\u0161 model otkriva da Csy4 i srodne endoribonukleaze iz iste CRISPR \/ Cas potporodice koriste izuzetne mehanizme za prepoznavanje kako bi diskriminirali crRNA-e od drugih stani\u010dnih RNA te tako osigurale selektivnu proizvodnju crRNA za ste\u010denu imunost u bakterija”, ka\u017ee Doudna. “Tako\u0111er smo otkrili funkcionalne sli\u010dnosti izme\u0111u mehanizama za prepoznavanje u RNA te Cys4 i Dicer, enzima koji igraju klju\u010dnu ulogu u eukariotskim RNA interferencijama.”<\/p>\n Doudna je vode\u0107i autoritet za molekularne strukture RNA, te odr\u017eava zajedni\u010dke sastanke sa Berkeley Lab`s Physical Biosciences Division<\/em> i UC Berkeley`s Department of Molecular and Cell Biology and Department of Chemistry<\/em>. Ona je tako\u0111er i znanstvenica na Howard Hughes Medical Institute<\/em> (HHMI). Rezultati ovog najnovijeg istra\u017eivanja o CRISPR-u ineseni su u \u010dasopisu Science<\/em> u rad pod naslovom “Sequence- and structure-specific RNA processing by a CRISPR endonuclease.” U radu su sura\u0111ivali s Doudnaom i Rachel Haurwitz, Martin Jinek, Blake Wiedenheft te Kaihong Zhoua.<\/p>\n CRISPR je jedinica DNA, obi\u010dno na kromosomu mikroba, koja se sastoji od “ponavljaju\u0107ih” elemenata, sekvenci parova baza u rasponu od 30 do 60 nukleotida u du\u017einu, odvojenih s elementima “razdvaja\u010dima”, varijablnim sekvencama koje su tako\u0111er duge od 30 do 60 nukleotida. CRISPR jedinice nalaze se u oko 40% svih bakterija \u010diji je genoma sekvencioniran, te u oko 90% Archaea. Mikrobi mo\u017eda imaju nekoliko lokusa CRISPR-a unutar svojih genoma te svaki lokus mo\u017ee sadr\u017eavati izme\u0111u \u010detiri i 100 CRISPR tih ponavljaju\u0107ih razdvajaju\u0107ih jedinica. Doudna i njezini kolege prou\u010davali su CRISPR u Pseudomonas aeruginosa<\/em>, uobi\u010dajene bakterije koja je sveprisutna u okolini. Rachel Haurwitz, studentica u Doudna timu istra\u017eiva\u010da i prva autorica rada u Science<\/em>, obja\u0161njava kako CRISPR \/ Cas imunolo\u0161ki sustav funkcionira.<\/p>\n “Kada bakterija prepozna da je u nju u\u0161ao virus ili plazmid, ona ugradi mali komad strane DNA u jednu od svojih CRISPR jedinica kao novu razdvajaju\u0107u sekvencu. CRISPR jedinica se potom prepisuje u dugi RNA segment imena pre-crRNA. Csy4 enzim prione uz tu pre-crRNA unutar svakog ponavljaju\u0107eg elementa za stvaranje crRNA oko 60 nukleotida duge, koja \u0107e sadr\u017eavati sekvence koje odgovaraju dijelovima stranih DNA. Cas proteini \u0107e koristiti te podudaraju\u0107e sekvence kako bi se vezali crRNA na invazivni virus ili plazmid te ga uti\u0161ali. “<\/p>\n Haurwitz ka\u017ee da je CRISPR \/ CAS sustav za uti\u0161avanje strane DNA u prokariota analogan na\u010dinu na koji kratke interferencije ili siRNA-e ispravljaju genetske probleme u eukariota. Tijekom vremena, CRISPR \/ CAS sustav \u0107e izgraditi nasljedni DNA kodirani imunitet od budu\u0107ih invazija od istih vrsta virusa i plazmida. Uz njihov model kristalne strukture enzima Csy4 vezanog na njegovu srodnu RNA, a koji sadr\u017ei rezoluciju od 1,8 angstrema, istra\u017eiva\u010dki tim CRISPR Berkeley<\/em> pokazao je da Csy4 \u010dini specifi\u010dno sekvencijske interakcije u glavnoj brazdi CRISPR RNA ponavljaju\u0107e mati\u010dne petlje. Zajedno s elektrostatskim kontaktom s fosfatnom osnovom, te interakcije omogu\u0107avaju Csy4 da se selektivno ve\u017ee i prilijepi na pre-crRNA-e pomo\u0107u filogenetski sa\u010duvanih ostataka aminokiselina serina i histidina na aktivnom mjestu. “Na\u0161 model obja\u0161njava prera\u0111ivanje koje je strukturno i sekvencijiski specifi\u010dno za veliku obitelj CRISPR specifi\u010dnih endoribonukleaza”, ka\u017ee Doudna.<\/p>\n Doudna i njezini kolege napravili su svoju 1,8 angstromsku rezoluciju kristalografske strukture koriste\u0107i eksperimentalne krajeve mjesta linija zraka 8.2.1 i 8.3.1 Beamlines<\/em> na Berkeley Lab`s Advanced Light Source<\/em> (ALS). Obje linije su pokretali supravodljivi savitljivi magneti – “supersavitljivi” – te sa zna\u010dajkama vrhunske nepravilne difrakcije vi\u0161estrukih valnih duljina (MAD) i mogu\u0107nosti makromolekularne kristalografije (MX). Beamline<\/em> 8.2.1 je dio paketa proteinske kristalografije Beamlines<\/em> koje obuhva\u0107aju i Berkeley Center for Structural Biology<\/em>. “ALS i linije zraka za proteinsku kristalografiju i dalje \u0107e biti kriti\u010dni resursi za na\u0161e istra\u017eivanje, ka\u017ee Doudna. CrRNA-e koje koristi CRISPR \/ CAS sustav za ciljanu interferenciju stranih DNA udru\u017euje rastu\u0107e nizove malih RNA molekula koje posreduju u razli\u010ditim procesima i u eukariota i u prokariota. Razumijevanje kako ove male RNA molekule rade mo\u017ee pobolj\u0161ati na\u0161e osnovno razumijevanje stani\u010dne biologije i dati va\u017ene tragove za temeljnu ulogu RNA u evoluciji \u017eivota.<\/p>\n Doudna ka\u017ee, “Ispitivanjem kako bakterije proizvode i koriste male RNA za selektivno ciljanje na gene, nadamo se da \u0107emo ste\u0107i uvid u osnovna obilje\u017eja puteva koji su se dokazali kao evolucijski korisni za genetsku kontrolu, kako u svijetu bakterija tako i u svijetu eukariota. Trenutno se \u010dini kao da su bakterije i eukarioti evoluirali potpuno razli\u010dite putove koje RNA-e koriste za regulaciju gena i to je prili\u010dno nevjerovatno!”<\/p>\n