結構生物化學/CRISPR防禦系統（原核生物）
CRISPRs，或稱為成簇的規律間隔的短迴文重複序列，作為原核生物的免疫系統。它保護細菌和古細菌免受移動遺傳元件的侵害。這種防禦系統可以在基因組水平上不斷調整其範圍，這意味著資訊的獲得和丟失都是可遺傳的。CRISPR防禦系統由間隔的重複DNA片段和相關的cas基因組成。CRISPR系統包括三個不同的階段
- 透過將入侵者的短序列作為間隔體整合到CRISPR中來適應CRISPR；
- CRISPR的表達和隨後加工成小的引導RNA；
- crRNA引導靶DNA干擾。
外源DNA由CRISPR-Cas基因編碼的蛋白質加工成小的元件。然後這些小元件被插入到CRISPR基因座靠近領導序列的位置。來自CRISPR基因座的RNA被組成性表達並由cas蛋白加工成小的RNA，這些小的RNA由單個外源來源的序列元件與側翼重複序列組成。然後這些RNA引導其他cas蛋白在RNA和DNA水平上沉默外源遺傳元件。
階段1 - CRISPR適應
CRISPR適應是透過專門的cas蛋白和/或宿主蛋白識別外源DNA，以及隨後的加工和整合到染色體CRISPR基因座中。最近，Barrangou等人透過觸發乳酸菌嗜熱鏈球菌的病毒抗性，在實驗中證明了這一階段。新間隔體的獲得發生在CRISPR的5'端，正如預測的那樣。新間隔體被整合到CRISPR的5'側面的事實表明，它們是反映以前與移動遺傳元件相遇的 хронологическая記錄。此外，正向和反向方向的間隔體都被證明是有功能的，而只有領導鏈被轉錄。這意味著該機制在mRNA水平上沒有使用經典的反義機制，這意味著DNA是靶標。
階段2 - CRISPR表達
CRISPR表達是多間隔體前體crRNA的轉錄，隨後與Cas蛋白複合物結合並加工成單間隔體crRNA，它們作為引導序列。研究發現，pre-crRNA（較長的轉錄本）可能覆蓋整個CRISPR，並逐步加工成小的crRNA。此外，只有CRISPR的領導鏈被轉錄和加工。類似的結果也透過對來自細菌表皮葡萄球菌和古細菌古細菌和磺胺類球菌的CRISPRs的表達研究獲得。
階段3 - CRISPR干擾
CRISPR干擾涉及靶核酸（DNA）的結合和/或降解。對來自嗜熱鏈球菌的CRISPRs的研究提供了實驗證據，證明CRISPR-Cas系統能夠帶來特異性病毒抗性。此外，對來自表皮葡萄球菌的CRISPR-Cas系統的實驗表明，這種細菌在自剪接內含子插入到質粒的原間隔體後，失去了基於CRISPR的針對質粒的免疫力。內含子存在於DNA水平，但從成熟的RNA中剪接出來。這強烈表明DNA是CRISPR干擾系統的靶標。
對進化和可能應用的意義
透過實施CRISPR-Cas機制，細菌能夠獲得針對某些噬菌體的免疫力，並阻止靶噬菌體的進一步傳播。因此，一些研究人員認為CRISPR-Cas系統是一種拉馬克式遺傳機制。
利用CRISPR衍生生物技術的幾個提議包括
- 透過新增與工業重要細菌（例如，在牛奶和葡萄酒工業中）匹配的間隔體，進行人工噬菌體免疫。
- 透過轉化包含具有間隔體的CRISPR區域的質粒來敲除內源基因，該間隔體抑制靶基因。
- 透過比較間隔體區域來區分不同的細菌菌株。
- 生物化學科學趨勢第34卷第8期，2009年8月，第401-407頁