结构生物化学/CRISPR防御系统（原核生物）
CRISPRs，或称为成簇的规律间隔的短回文重复序列，作为原核生物的免疫系统。它保护细菌和古细菌免受移动遗传元件的侵害。这种防御系统可以在基因组水平上不断调整其范围，这意味着信息的获得和丢失都是可遗传的。CRISPR防御系统由间隔的重复DNA片段和相关的cas基因组成。CRISPR系统包括三个不同的阶段
- 通过将入侵者的短序列作为间隔体整合到CRISPR中来适应CRISPR；
- CRISPR的表达和随后加工成小的引导RNA；
- crRNA引导靶DNA干扰。
外源DNA由CRISPR-Cas基因编码的蛋白质加工成小的元件。然后这些小元件被插入到CRISPR基因座靠近领导序列的位置。来自CRISPR基因座的RNA被组成性表达并由cas蛋白加工成小的RNA，这些小的RNA由单个外源来源的序列元件与侧翼重复序列组成。然后这些RNA引导其他cas蛋白在RNA和DNA水平上沉默外源遗传元件。
阶段1 - CRISPR适应
CRISPR适应是通过专门的cas蛋白和/或宿主蛋白识别外源DNA，以及随后的加工和整合到染色体CRISPR基因座中。最近，Barrangou等人通过触发乳酸菌嗜热链球菌的病毒抗性，在实验中证明了这一阶段。新间隔体的获得发生在CRISPR的5'端，正如预测的那样。新间隔体被整合到CRISPR的5'侧面的事实表明，它们是反映以前与移动遗传元件相遇的 хронологическая记录。此外，正向和反向方向的间隔体都被证明是有功能的，而只有领导链被转录。这意味着该机制在mRNA水平上没有使用经典的反义机制，这意味着DNA是靶标。
阶段2 - CRISPR表达
CRISPR表达是多间隔体前体crRNA的转录，随后与Cas蛋白复合物结合并加工成单间隔体crRNA，它们作为引导序列。研究发现，pre-crRNA（较长的转录本）可能覆盖整个CRISPR，并逐步加工成小的crRNA。此外，只有CRISPR的领导链被转录和加工。类似的结果也通过对来自细菌表皮葡萄球菌和古细菌古细菌和磺胺类球菌的CRISPRs的表达研究获得。
阶段3 - CRISPR干扰
CRISPR干扰涉及靶核酸（DNA）的结合和/或降解。对来自嗜热链球菌的CRISPRs的研究提供了实验证据，证明CRISPR-Cas系统能够带来特异性病毒抗性。此外，对来自表皮葡萄球菌的CRISPR-Cas系统的实验表明，这种细菌在自剪接内含子插入到质粒的原间隔体后，失去了基于CRISPR的针对质粒的免疫力。内含子存在于DNA水平，但从成熟的RNA中剪接出来。这强烈表明DNA是CRISPR干扰系统的靶标。
对进化和可能应用的意义
通过实施CRISPR-Cas机制，细菌能够获得针对某些噬菌体的免疫力，并阻止靶噬菌体的进一步传播。因此，一些研究人员认为CRISPR-Cas系统是一种拉马克式遗传机制。
利用CRISPR衍生生物技术的几个提议包括
- 通过添加与工业重要细菌（例如，在牛奶和葡萄酒工业中）匹配的间隔体，进行人工噬菌体免疫。
- 通过转化包含具有间隔体的CRISPR区域的质粒来敲除内源基因，该间隔体抑制靶基因。
- 通过比较间隔体区域来区分不同的细菌菌株。
- 生物化学科学趋势第34卷第8期，2009年8月，第401-407页