16/06/2025
CRISPR-Cas ตอนที่ 2
CRISPR-Cas ในสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต
ระบบภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว (Adaptive immunity) ของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตที่เกิดจากการทำงานของ CRISPR-Cas แบ่งออกเป็น 2 ระยะหลัก คือ
1. การสร้างภูมิคุ้มกันหรือการได้รับการกระตุ้น (Immunization/acquisition)
2. การป้องกันหรือการดื้อต่อเชื้อโรค (Defence/resistant)
จากรูป ในระยะที่ 1 เมื่อไวรัสที่จำเพาะกับแบคทีเรีย หรือ bacteriophage เข้าจับกับเซลล์แบคทีเรีย ไวรัสจะปล่อยสารพันธุกรรมที่เป็น DNA เข้าสู่เซลล์แบคทีเรียเจ้าบ้าน โปรตีน Cas1 และ Cas2 ซึ่งสร้างจากแบคทีเรีย จะเข้าไปตัดสารพันธุกรรมของไวรัสบางส่วนออกมา หลังจากนั้น จะนำชิ้นส่วนนั้นเข้าไปแทรกในบริเวณ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (CRISPR) ที่อยู่ในจีโนมหรือสารพันธุกรรมของแบคทีเรีย เรียกชิ้นส่วนที่แทรกเข้ามานี้ว่า protospacer หรือ spacer ซึ่งแต่ละชิ้นจะมีลำดับเบสที่แตกต่างกันออกไป และอาจจะมาจากสารพันธุกรรมของไวรัสคนละชนิด ดังนั้น เมื่อเซลล์แบคทีเรียมีการจำลองตัวหรือเพิ่มปริมาณเซลล์ ชิ้นส่วนของสารพันธุกรรมของไวรัสที่แทรกอยู่ในจีโนมของแบคทีเรียก็จะถูกจำลองและส่งต่อไปยังเซลล์แบคทีเรียลูกหลานได้
หลังจากนั้น ในระยะที่ 2 เมื่อเซลล์แบคทีเรียถูกไวรัสเข้ารุกรานอีกครั้ง จะทำให้เกิดการกระตุ้นการถอดรหัส DNA ของแบคทีเรีย ได้ส่วน Trans-activating CRISPR RNA (tracrRNA) และ pre-CRISPR RNA (pre-crRNA) ออกมา โดย tracrRNA จะจับกับลำดับเบสที่อยู่ระหว่าง spacer บนสาย pre-crRNA หลังจากนั้น เอนไซม์ RNase III เข้ามาย่อยสาย pre-crRNA ให้เป็นสายสั้น ๆ แยกได้เป็นชิ้นส่วนที่เรียกว่า crRNA:tracrRNA hybrids หรือ guide -RNA (gRNA) ในขั้นตอนต่อไป เอนไซม์ Cas9 จะเข้ามาจับกับ gRNA เกิดเป็นโมเลกุลที่เรียกว่า ribonucleoprotein complex โดยที่ส่วนของ gRNA จะจับกับ DNA ของไวรัสได้อย่างจำเพาะเจาะจง เนื่องด้วย gRNA มีส่วนของลำดับเบสคู่สมกับลำดับเบสของไวรัส หลังจากนั้น โปรตีน Cas9 จะตัดหรือย่อยสาย DNA ของไวรัส ส่งผลทำให้สารพันธุกรรมของไวรัสถูกทำลายและไวรัสไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้ในเซลล์แบคทีเรียเจ้าบ้าน
เอกสารอ้างอิง
Ghorbani A, Hadifar S, Salari R, Izadpanah K, Burmistrz M, Afsharifar A, Eskandari MH, Niazi A, Denes CE, Neely GG. A short overview of CRISPR-Cas technology and its application in viral disease control. Transgenic Res. 2021 Jun;30(3):221-238. doi: 10.1007/s11248-021-00247-w.
Sander JD, Joung JK. CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nat Biotechnol. 2014 Apr;32(4):347-55. doi: 10.1038/nbt.2842.