Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR): ระบบภูมิคุ้มกัน แบบจำเพาะของแบคทีเรีย

Abstract

            แบคทีเรียมีกลไกที่ใช้สำหรับป้องกันตัวเองจากการบุกรุกของสารพันธุกรรมแปลกปลอม เช่น แบคเทอริโอฟาจ และพลาสมิด กลไกที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ ระบบ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats และโปรตีน Cas (CRISPR-Cas system) ซึ่งการทำงานของระบบ CRISPR-Cas เปรียบได้กับระบบภูมิคุ้มกันแบบจำเพาะของแบคทีเรีย กลไกการทำงานคือแบคทีเรียสามารถนำเอาชิ้นส่วนของสารพันธุกรรมของแบคเทอริโอฟาจ หรือพลาสมิดที่บุกรุกเซลล์ เข้าสู่โครโมโซมของตัวเอง ในบริเวณของ CRISPR ทำให้แบคทีเรียนั้นสามารถจดจำแบคเทอริโอฟาจหรือ พลาสมิดที่เคยบุกรุกเข้ามาได้ ดังนั้นเมื่อแบคเทอริโอฟาจหรือพลาสมิดชนิดเดิมบุกรุกกลับเข้ามาอีกในครั้งต่อไป แบคทีเรียจะสร้าง RNA ที่เรียกว่า CRISPR–RNA หรือ crRNA ซึ่งมีความจำเพาะกับแบคเทอริโอฟาจ หรือพลาสมิดนั้น และ crRNA ที่สร้างขึ้นจะทำงานร่วมกับโปรตีน Cas ในการทำลายสารพันธุกรรมของแบคเทอริโอฟาจหรือ  พลาสมิดนั้น ๆ ปัจจุบันความรู้เรื่องระบบ CRISPR-Cas ได้นำไปประยุกต์ใช้ในงานด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์ และเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น การพัฒนา CRISPR เพื่อใช้เป็นโมเลกุลเครื่องหมายสำหรับการศึกษาทางระบาดวิทยาของแบคทีเรียก่อโรค การพัฒนาสายพันธุ์แบคทีเรียที่สามารถทนต่อการบุกรุกของแบคเทอริโอฟาจและการใช้เป็นเครื่องมือสำหรับการแก้ไขปรับปรุงพันธุกรรมระดับจีโนมในสัตว์และพืช           Bacteria have a defense mechanism to protect themselves from invading bacteriophage or plasmid. The importance mechanism is the Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, and Cas protein (CRISPR-Cas system), which working as specific immune system of bacterial cell. The mechanism involved with the ability to incorporate bacteriophage or plasmid DNA into bacterial chromosome, which act as a memory card of bacteria to recognize of previously invaded bacteriophage or plasmid. Therefore, when the bacterial cell are invaded again by the previously known bacteriophage or plasmid that will activates the CRISPR and Cas system to create a small interference RNA called “crRNA”. This crRNA are worked together with Cas protein to destroy the bacteriophage and plasmid DNA. Nowadays, the knowledge of the fascinating CRISPR-Cas system have applied to biomedical and biotechnology. For example, developing as a molecular marker for epidemiological study of pathogenic bacteria, constructing the bacterial strains that resistant to bacteriophage infection, and using as a tool for genome engineering in animal and plant.