Исследователи из University of California, Berkeley, открыли как Cas1-Cas2, белки, ответственные за способность CRISPR иммунной системы бактерий приспосабливаться к новым вирусным инфекциям, идентифицировать сайт в геноме, куда вставлена вирусная ДНК так, чтобы распознать её позднее и атаковать.

Эти белки, которые недавно были использованы, чтобы кодировать перемещение в CRISPR регионы генома бактерий, полагаются на уникальную гибкости CRISPR ДНК, чтобы распознать её в месте, где вирусная ДНК должна быть вставлена, гарантируя, что "память" о предыдущей вирусной инфекции будет сохранена соотв. образом.

В статье, опубликованной 20 июля в Science Дженнифер Дудна и ее исследовательской группой, была использована электронная микроскопия и рентгеновская кристаллография, выполненная на расширенном источнике света в Национальной лаборатории Лоренса Беркли, Стэнфордском линейном ускорительном центре и HHMI электронного микроскопа в Калифорнийском университете в Беркли, чтобы захватить структуры Cas1-Cas2 во время вставки вирусной ДНК в область CRISPR.

Структуры выявили, что третий белок, IHF, соединяется рядом с местом вставки и изгибает ДНК в U-образную форму, позволяя Cas1-Cas2 соединяться с обеими частями ДНК одновременно. Было установлено, что реакция требует, чтобы ДНК мишень была изогнута и частично раскручена, иногда это происходит только в соотв. мишени.

CRISPR системы являются бактериальными иммунными системами, которые позволяют бактериям приспосабливаться и защищаться против вирусов, которые их инфицируют. CRISPR представляет собой собранные в кластер регулярно перемежаемые короткими палиндромными повторами уникальный регион ДНК, где фрагменты вирусной ДНК сохраняются для последующего использования, позволяя клетке распознавать любой вирус, который пытается её повторно инфицировать. Вирусная ДНК чередуется с "короткими палиндромными повторами," которые служат в качестве сигнала распознавания, для непосредственного наведения Cas1-Cas2, чтобы добавлять новые вирусные последовательности.

Специфическое распознавание этих повторов с помощью Cas1-Cas2 ограничивается интеграцией вирусной ДНК в массив CRISPR, это позволяет использовать его для иммунитета и избегания потенциально фатальных эффектов вставки вирусной ДНК в неправильное место.

Поскольку большинство ДНК-связывающих белков непосредственно "счтывают" нуклеотиды с распознаваемой последовательности, Cas1-Cas2 распознают CRISPR повторы посредством более косвенных способов: их формы и гибкости. Помимо кодирования белков нуклеотидная последовательность участка ДНК предопределяет также молекулярные физические свойства, при этом некоторые последовательности действуют как гибкие петли, а др. образуют жесткие стержни. Последовательность CRISPR повторов позволяет им сгибаться и изгибаться как можно правильнее, чтобы быть связанной с Cas1-Cas2, позволяя тем самым белкам распознавать свою мишень по форме.

Было показано, что способность хранения информации в Cas1-Cas2 может быть перенацелена на распознавание рамок считывания скорее, чем на вирусную последовательность и возможно может быть использована для считывания др. типа информации также.

Открытие того, как Cas1-Cas2 распознают свои мишени, открывает двери для модификаций самих белков. Путем доводки белков исследователи оказались способны перенаправить их на последовательности иные, нежели CRISPR повторы и расширить их использование у организмов, не имеющих собственного CRISPR локуса.