La mayoría de las especies bacterianas mantienen una variedad de CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente y espaciadas) en su genoma. Fiel a su nombre, esta es una disposición lineal de repeticiones de una secuencia definida (la parte de “repeticiones palindrómicas cortas”) separadas por diferentes secuencias de la misma longitud (la parte “regularmente espaciada”). Esta matriz es esencialmente memoria molecular heredable. ya que las secuencias “espaciadoras” corresponden a un fragmento de ADN extraño que algún antepasado de la bacteria encontró en el pasado. La matriz CRISPR es el reservorio de un potente sistema inmune bacteriano que identifica y destruye el ADN invasor que no pertenece a la célula. Cada “espaciador” se convierte en una molécula dirigida para una enzima de corte de ADN; lo que sea que la enzima base pares se degrada.
Cada una de las secuencias espaciadoras tuvo que ser adquirida de ADN extraño en algún momento. Una pregunta realmente interesante es cómo las bacterias determinan que una secuencia de ADN que no está representada en su locus CRISPR no le pertenece. Esta es una decisión extremadamente importante para corregir, ya que cada vez que la célula adquiere un nuevo espaciador, está autorizando permanentemente la destrucción del ADN complementario. Si el ADN “propio” lo convierte en un lugar CRISPR, ¡la célula dañará constantemente su propio genoma!
Entonces, ¿qué características distinguen el ADN extraño del ADN propio? Un estudio reciente (página en nature.com) plantea un modelo intrigante: las secuencias CRISPR surgen de una vía de reparación de ADN que es mucho más probable que opere en ADN extraño que el propio ADN.
- ¿Podría un organismo alienígena ser teóricamente capaz de comer o reproducirse con un ser humano? ¿Por qué o por qué no?
- ¿Cómo se determina la ubicación de un gen en un gen?
- ¿Necesito ADN limpio para un análisis de PCR? ¿Por qué?
- ¿Cuál es la diferencia entre el sitio de inicio de la transcripción y el sitio de inicio de la transcripción?
- ¿Por qué no podemos aprender todo sobre el ADN a través de la comparación del genoma?
La gran mayoría del ADN, tanto extraño como presente en especies bacterianas, es circular. La replicación comienza en un único origen de replicación, que genera dos horquillas de replicación que viajan en direcciones opuestas. A medida que estas horquillas se abren camino alrededor del ADN, finalmente chocan y deben resolverse en productos de replicación completos. Esto generalmente ocurre en ubicaciones definidas en el genoma llamadas sitios de terminación (Ter); si no es así, ¡es muy probable que haya errores de replicación! 
Las horquillas de replicación no se mueven a la misma velocidad. Hay una serie de factores (como el daño en el ADN o secuencias complicadas y estructuradas) que pueden ralentizar una bifurcación, y estos pueden ser diferentes de una replicación a otra. Por lo tanto, es poco probable que dos tenedores se encuentren en el mismo lugar en el genoma cada vez, a menos que haya un mecanismo activo que los obligue a hacerlo.
Esto es precisamente lo que es un sitio Ter: una vez que una bifurcación de replicación alcanza una, se ralentiza o se detiene hasta que la otra bifurcación se pone al día. La célula interpreta a menudo que las horquillas estancadas significan que algo ha salido mal con la replicación, y un método común para reiniciar las horquillas estancadas implica la actividad del complejo de recombinasa RecBCD. Este es un complejo de tres proteínas que se une a horquillas casi estancadas y enzimáticamente produce ADN largo de cadena sencilla cortando la otra cadena en trozos cortos. Las pequeñas piezas de ADN hechas por RecBCD sirven como un grupo de separadores CRISPR candidatos.
El procesamiento enzimático por RecBCD continúa bajando una molécula de ADN hasta que encuentra una secuencia llamada Chi. Esto hace que el complejo deje de cortar el ADN e inicie el proceso de reparación. El genoma de E. coli (la especie utilizada en el estudio al que hice referencia) está enriquecido para secuencias de Chi, lo que significa que cualquier proceso de reparación mediado por RecBCD se detendrá antes (y producirá menos ADN cortos que se puedan integrar en el locus CRISPR) que en el ADN extraño El ADN extraño también es mucho más probable que produzca ADN pequeños cargables simplemente porque genera muchas más horquillas de replicación. Una célula bacteriana mantiene una copia de su propio genoma, mientras que el ADN extraño tiende a estar presente en decenas o cientos de copias por célula, lo que significa que hay decenas o cientos de horquillas de replicación que pueden generar sDNA.
El documento al que hice referencia antes usaba una cepa de E. coli que tiene todos sus genes Cas endógenos eliminados y transporta un plásmido que expresa Cas1 y Cas2, las dos enzimas necesarias para agregar espaciadores CRISPR al genoma. Debido a que esta cepa no puede destruir el ADN usando los espaciadores CRISPR, también puede adquirir espaciadores de su propio genoma. Esto es exactamente lo que sucede: estas células tienen una tendencia significativa a adquirir secuencias de su propio genoma flanqueado por un lado por una secuencia de Ter y por el otro por una secuencia de Chi. Esta adquisición depende tanto de la replicación como de RecBCD, lo que sugiere que las horquillas de replicación estancadas son una fuente importante de espaciadores CRISPR adquiridos.
