Il sistema CRISPR funge da comandante in capo delle difese di riserva nei batteri
Questa scoperta potrebbe contribuire alla creazione di batteri più resistenti ai fagi o allo sviluppo di antibiotici più efficaci
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La funzione principale dei sistemi CRISPR-Cas, lo strumento rivoluzionario che gli scienziati utilizzano oggi per modificare i geni, è quella di difendere i batteri da minacce quali i virus chiamati batteriofagi. I ricercatori hanno continuato a studiare tutte le varianti dei sistemi CRISPR-Cas (ad oggi sono state identificate 2 classi, 7 tipi e 46 sottotipi) per comprenderne appieno le potenzialità.
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Un nuovo articolo del laboratorio della dott.ssa Yan Zhang, Professore Associato di Chimica Biologica, Microbiologia e Immunologia presso la Facoltà di Medicina dell’Università del Michigan, insieme ai suoi colleghi e collaboratori, svela una caratteristica finora poco riconosciuta del sistema CRISPR-Cas di tipo I nei batteri del genere Neisseria: la presenza di ulteriori geni di immunità innata incorporati.
Il gruppo ha scoperto che il sistema CRISPR di tipo I svolge anche la funzione di «gestore» per regolare l’espressione di questi sistemi di difesa integrati.
«La nostra scoperta principale è che i sistemi di difesa antibatterica dei batteri possono essere organizzati in una gerarchia regolatoria a più livelli», ha affermato Zhang.
«Nel nostro caso, il sistema CRISPR-Cas agisce come un comandante in capo che regola la repressione e la derepressione di altri geni del sistema di difesa innata nascosti all’interno del locus CRISPR-Cas».
Lo studio, condotto in collaborazione con il dottor Ming Li dell’Istituto di Microbiologia dell’Accademia Cinese delle Scienze, è stato pubblicato sulla rivista *Nature*.
In circostanze normali, la produzione di questi geni di difesa deve essere tenuta sotto controllo, ha spiegato Zhang, poiché la loro attivazione comporta un costo, inibendo la crescita dei batteri. Tale repressione si ottiene grazie al complesso CRISPR-Cas che si lega alle sequenze promotrici dei geni di difesa fungendo da barriera e impedendone la trascrizione.
«Il CRISPR costituisce la prima linea di difesa durante le infezioni da fagi, ma quando è difettoso o in qualche modo neutralizzato, la repressione viene revocata, portando a un’esplosione della produzione dei sistemi di difesa innati come armi di riserva per eliminare i fagi», ha spiegato Zhang.
I fagi, ovviamente, dispongono a loro volta di stratagemmi per aggirare la difesa CRISPR, tra cui l’uso di un inibitore peptidico progettato per disattivare il meccanismo Cas. Tuttavia, di fronte a questa gerarchia di difesa a più livelli, un inibitore Cas non è più sufficiente a salvare il fago perché innesca il rilascio delle difese di riserva in grado di uccidere i fagi, afferma Zhang.
Questa nuova comprensione dell’immunità antibacillica dei batteri potrebbe essere sfruttata in diversi modi, aggiunge. In primo luogo, per le industrie che utilizzano i batteri, come i produttori di yogurt, prodotti fermentati o biocarburanti, queste conoscenze potrebbero aiutare a sviluppare ceppi batterici più resistenti ai fagi. In secondo luogo, potrebbero contribuire allo sviluppo della terapia fagica.
«Per realizzare terapie fagiche più efficaci in grado di eliminare i patogeni batterici resistenti agli antibiotici, dobbiamo comprendere quali sistemi di difesa nascosti potrebbero essere presenti, in modo da poter ingegnerizzare i fagi per superarli in astuzia».
Questo lavoro si basa sulle piattaforme genetiche relative alla Neisseria e sui fagi messi a punto dall’ex ricercatore post-dottorato Xufei Zhou, Ph.D., e dall’attuale dottorando Xin Li nel laboratorio di Zhang, rendendo possibile lo studio dell’importanza fisiologica di questa regolazione in un ospite naturale.
«È stata una collaborazione davvero piacevole», aggiunge Zhang, rendendo merito a Li e ai membri del suo team per «aver avviato questo progetto, averci invitato a collaborare e aver guidato molti aspetti chiave della scoperta».
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