As bactérias possuem sistemas imunológicos sofisticados, conhecidos como sistemas CRISPR-Cas, para reconhecer e defender-se contra invasões virais. Aqui está uma visão geral de como as bactérias reconhecem a infecção viral e ativam suas defesas imunológicas usando sistemas CRISPR-Cas:

1. Detecção de DNA estranho:
- As bactérias monitorizam constantemente o seu ambiente intracelular em busca da presença de material genético estranho, como ADN ou ARN viral.

2. Produção de RNA CRISPR (crRNA):
- Quando uma invasão viral é detectada, segmentos específicos do DNA estranho são copiados e integrados ao próprio DNA da bactéria como espaçadores CRISPR.
- Esses espaçadores CRISPR são então transcritos em pequenos RNAs CRISPR (crRNAs), cada um contendo uma sequência curta complementar a uma região dentro do DNA estranho.

3. Montagem complexa em cascata:
- Os crRNAs formam complexos com proteínas Cas, um grupo de proteínas essenciais para a imunidade CRISPR-Cas.
- Esses complexos são conhecidos como Cascade (complexo associado a CRISPR para defesa antiviral) ou complexos efetores CRISPR-Cas.

4. Reconhecimento e vinculação do alvo:
- O complexo Cascade verifica o ambiente intracelular em busca de ácidos nucleicos virais.
- Quando uma sequência de crRNA corresponde a uma sequência complementar no DNA ou RNA viral, o complexo se liga ao alvo.

5. Atividade nuclear:
- Uma vez ligado ao alvo, o complexo Cascade desencadeia atividade de nuclease, normalmente mediada por nucleases Cas, como Cas9 ou Cas12.
- Essas nucleases geram quebras de DNA de fita dupla (DSBs) ou cortes de DNA de fita simples no local alvo, clivando efetivamente os ácidos nucleicos virais.

6. Interferência e degradação:
- A clivagem do DNA ou RNA viral interrompe a replicação e transcrição viral, interferindo na capacidade do vírus de se multiplicar dentro da célula bacteriana.
- Os ácidos nucleicos virais fragmentados são ainda degradados por exonucleases e nucleases celulares, levando à degradação e eliminação do vírus invasor.

Ao empregar sistemas CRISPR-Cas, as bactérias podem reconhecer e atingir sequências virais específicas, induzindo a clivagem direcionada do DNA e, em última análise, eliminando a infecção viral. Estes mecanismos de defesa imunitária desempenham um papel crucial na proteção das bactérias contra várias ameaças virais e contribuem para a sobrevivência global e adaptação das populações bacterianas.