Defining CRISPR adaptation and interference mechanisms in E. coli

定义大肠杆菌中的 CRISPR 适应和干扰机制

• 批准号: 9177303
• 负责人: Dipali Gurudutt Sashital
• 金额: $ 30.39万
• 依托单位: IOWA STATE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2016-09-02 至 2021-08-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9177303
• 关键词: Affect; Antibiotic Resistance; Archaea; Automobile Driving; Bacteria; Bacteriophages; Base Pairing; Base Sequence; Binding; Binding Proteins; Biochemical; Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats; Communities; Complex; DNA; Dependence; Detection; Development; Disease; Ecosystem; Effectiveness; Elements; Escherichia coli; Event; Evolution; Genes; Genetic; Genome; Goals; Guide RNA; Health; Horizontal Gene Transfer; Human; Human Microbiome; Immune; Immune response; Immune system; Immunity; Infection; Invaded; Investigation; Knowledge; Lead; Life; Measures; Metabolism; Methods; Modeling; Molecular; Molecular Conformation; Movement; Mutation; Nucleic Acids; Organism; Plasmids; Point Mutation; Population; Population Dynamics; Production; Proteins; Race; Seeds; Shapes; Small RNA; Specificity; Staging; Structure; System; Therapeutic; Time; Virus Diseases; Work; antimicrobial; arm; base; biophysical tools; combat; endonuclease; in vivo; microbiome; mutant; pathogen; response; tool; viral resistance; virus host interaction

Project Summary    Viral resistance is essential in all kingdoms of life, although diverse organisms have  evolved equally diverse mechanisms for combatting infection. In bacteria and archaea, the  CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) adaptive immune system  clears invading DNA during infection through a small-­RNA guided interference mechanism.  CRISPR immunity proceeds through two stages: adaptation, in which fragments of invasive  DNA from bacteriophages or plasmids are inserted as spacers within the CRISPR locus of the  host genome and subsequently serve as templates for the production of small guide CRISPR  (cr)RNAs;; and interference, during which the crRNA and its effector CRISPR associated (Cas)  proteins bind complementary target regions of the invading DNA, leading to its destruction by a  Cas endonuclease. Our goal is to define how bacteria maximize their immune capacity to gain  an advantage in the molecular arms race against their invaders. Our first goal is to understand  the sequence-­dependence of immune system evasion through the development of point  mutations within the invading DNA. Our previous studies have revealed that spacer sequence  greatly influences the effectiveness of these “escape” mutations, suggesting for the first time  that some spacer sequences provide stronger immunity than others. In addition, we have  discovered that during initial infection, bacteria use a two-­tiered defensive system to broaden  their adaptation capacity. We will evaluate the impact of this tactic on host immunity and  elucidate the molecular mechanisms underlying this defense strategy. Finally, we will determine  the structural basis for rapid adaptation triggered when the CRISPR machinery senses non-­ canonical target sequences. Our studies will have major implications on the understanding of  host-­virus interactions and co-­evolution, an important determinant of the compositional  dynamics within complex ecological systems including the human microbiome.

项目总结： -- 对病毒的抵抗力在人类生活的所有王国中都是必不可少的，尽管生物种类繁多。 进化出了同样多样化的抗击细菌感染的机制。在细菌和古生菌中，细菌和细菌是最重要的。 CRISPR(定期聚集、间隔较短、回文重复)和适应性免疫调节系统。 在病毒感染过程中，通过一种以小RNA为导向的干扰控制机制，清除入侵的DNA。 CRISPR的豁免权经历了两个主要阶段：免疫适应阶段，这一阶段包括侵入性病毒的碎片。 来自两个噬菌体或两个质粒的DNA片段被直接插入，因为它们的间隔区位于该基因的CRISPR基因座之间。 宿主基因组计划，随后将作为CRISPR的小样本指南的后续生产计划的模板。 (CR)RNAs；;抑制和干扰，在此期间，CRRNAs和CRISPR相关基因(CA)的作用受到抑制。 蛋白质可以结合互补的靶区，防止病毒入侵DNA，导致病毒在未来一年内减少对DNA的破坏。 CAS是核酸内切酶。我们的下一个目标是更好地定义细菌如何最大限度地发挥其自身免疫能力以获得更多收益。 在与他们的入侵者进行的分子军备竞赛中，一个重要的优势是。我们的第一个目标是我们无法理解的。 免疫系统逃避的顺序性依赖关系是通过研究点对点的发展过程来实现的。 在入侵DNA的过程中存在突变。在我们之前的几项研究中，我们已经揭示了这种间隔物的序列。 这极大地影响了这些基因的“逃逸”基因突变的有效性，这是第一次出现这种基因突变。 这包括一些基因间隔区序列可以提供比其他序列更强的基因免疫力。此外，我们还需要。 他们发现，在最初的病毒感染过程中，细菌会使用一种新的双层防御性免疫系统来扩大感染范围。 他们的适应能力。我们将继续评估这一战术措施对东道主免疫系统和免疫系统的影响。 阐明这一国防战略的基本分子机制。最后，我们将无法确定。 当CRISPR的主要机械设备感觉到它的非功能性时，它的快速适应的结构基础引发了故障。 规范的基因靶向序列。我们的研究将对我们对基因的理解产生重大的影响。 宿主与病毒的相互作用和共同进化，是决定其组成的一个重要的决定因素。 动态发生在复杂的生态系统中，包括人类和微生物群。