W 2025 roku na łamach czasopisma Cell Host & Microbe ukazały się przełomowe wyniki badań naukowych, które rzuciły nowe światło na metody obrony stosowane przez bakterie. Odkryto, że wykorzystują one mechanizm uderzająco podobny do zasady działania szczepionek. Ten wrodzony system działa jak swoista pamięć immunologiczna, umożliwiając bakteriom skuteczne rozpoznanie i neutralizację ataków wirusowych w przypadku ponownego kontaktu z patogenem.
Gdy bakteria napotka wirusa, uruchamia proces, w którym specjalny enzym wprowadza drobne fragmenty wirusowego DNA, określane mianem sekwencji dystansowych (spacerów), do własnego materiału genetycznego. W ten sposób powstaje swoiste archiwum, niezbędne do późniejszej identyfikacji i obrony. Jest to nic innego, jak zapis minionych doświadczeń, mający kluczowe znaczenie dla przetrwania komórki w przyszłości.
Co ciekawe, naukowcy od dawna intensywnie wykorzystują to zjawisko, które stało się fundamentem technologii CRISPR. Jednak dopiero niedawne analizy pozwoliły dostrzec jego pierwotną, naturalną funkcję w komórce: zdolność do błyskawicznego wprowadzania modyfikacji do własnego genomu.
W zastosowaniach biotechnologicznych, technologia CRISPR wykorzystuje ten enzym jako precyzyjne „nożyczki genetyczne” do manipulowania DNA. Ma to szerokie spektrum zastosowań, począwszy od rutynowych eksperymentów laboratoryjnych, aż po zaawansowane terapie genowe. Mimo powszechnego użycia tej techniki, dokładny mechanizm jej działania wewnątrz samych bakterii pozostawał przez długi czas słabo poznany, aż do momentu publikacji najnowszych badań.
Zrozumienie skomplikowanej relacji zachodzącej między bakteriofagami — wirusami atakującymi bakterie — a ich gospodarzami ma fundamentalne znaczenie dla rozwoju terapii fagowych. Terapia fagowa to innowacyjna metoda wykorzystująca wirusy do zwalczania infekcji bakteryjnych, które przestały reagować na antybiotyki. Jak zauważył biolog molekularny Rodolphe Barrangou, zdobyta wiedza może znacząco przyczynić się do projektowania fagów, które będą skuteczne przeciwko szerszemu spektrum bakterii chorobotwórczych.
Bakterie posiadają imponujący arsenał, obejmujący ponad 150 różnorodnych mechanizmów obronnych przeciwko fagom, które środki terapeutyczne muszą nauczyć się omijać. Nowe odkrycia powinny zainspirować szersze spojrzenie na potencjał stosowania metod fagowych w leczeniu rozmaitych chorób zakaźnych. Wyniki badań wskazują na świeże ścieżki tworzenia leków opartych na fagach, które będą zdolne do wykorzystania wewnętrznych zasobów obronnych bakterii.
Dogłębne zrozumienie, w jaki sposób bakterie archiwizują fragmenty wirusowego DNA, może umożliwić naukowcom konstruowanie fagów celowo niszczących patogenne szczepy, co stanowi obiecującą strategię w obliczu narastającej antybiotykooporności. W tej nieustannej ewolucyjnej wojnie z bakteriami, wirusy również wykształciły skuteczne środki zaradcze.
Odkryto, że niektóre bakteriofagi, na przykład szczep ICP1, są w stanie „ukraść” cały zestaw genów systemu CRISPR/Cas. Taki manewr wprowadza totalny chaos w systemy obronne bakterii, pozbawiając ją możliwości skutecznego przeciwstawienia się infekcji. Ponadto, sam system CRISPR-Cas, będący fundamentem adaptacyjnej odporności prokariontów, uczestniczy także w procesach, które nie są bezpośrednio związane z obroną. Należą do nich na przykład regulacja ekspresji genów oraz naprawa uszkodzeń DNA. Ta pogłębiona wiedza na temat wewnętrznej architektury odporności mikrobiologicznej daje możliwość świadomego kształtowania bardziej zrównoważonych i harmonijnych rozwiązań w dziedzinie zdrowia publicznego.