Korunk egyik legígéretesebb génszerkesztési módszerét, a CRISPR/Cas9-eljárást egy olyan megoldás alapján dolgozták ki a szakértők, amelyet a baktériumok az őket fertőző vírusok ellen használnak. A módszer lényege, hogy a baktériumok elraktározzák a fenyegető vírusok egy-egy darabkáját, majd amikor ismételten találkoznak a fertőzéssel, a darabka alapján gyorsan felismerik azt, és egy ollószerű enzim segítségével feldarabolják a vírus DNS-ét.

A baktériumok évmilliárdok óta használják ezt a metódust, de közben persze a bakteriofágok sem tétlenkedtek. Joseph Bondy-Denomy, a Kaliforniai Egyetem kutatója 2012-ben felfedezte, hogy egyes vírusok képesek ellenállni a CRISPR-nek, mégpedig úgy, hogy olyan fehérjéket kódolnak, amelyek a DNS-t átvágó enzimekhez tapadva megakadályozzák működését. Így hiába indul be a védekező mechanizmus, végül a vírus győzedelmeskedik.

Bondy-Denomy ezen eredmények kapcsán más CRISPR-nek ellenálló vírusok után kezdett kutatni, hogy alaposabban tanulmányozni tudja azt az evolúciós fegyverkezési versenyt, amely során a baktériumok újabb és újabb vágóenzimeket fejlesztenek ki, hogy aztán a vírusok idővel ezeket is hatástalanítsák. Így akadt rá a phiKZ nevű bakteriofágra, amely a Pseudomonas aeruginosa nevű baktériumot fertőzi.

Ez a szokatlanul nagy méretű vírus azonban érdekes módon nemcsak ezen baktérium CRISPR-rendszerének áll ellen, hanem a védekező mechanizmus minden más verziójának is, amit kipróbáltak vele szemben a kutatók. A tesztelt módszerek közt számos olyan is akadt, amellyel a bakteriofág bizonyosan nem találkozhatott korábban. Minden jel arra mutatott tehát, hogy a phiKZ egyfajta univerzális megoldást talált a CRISPR ellen, ami azért volt meglepő, mert elvileg egyetlen CRISPR-elleni protein sem működhetne ennyire általános módon.

A rejtély megoldására végül egy másik vírus kapcsán tett felfedezés vezette rá a kutatókat. Joe Pogliano, Bondy-Denomy kollégája egy másik kutatás kapcsán rátalált egy fágra, amely nagyon különösen viselkedik: DNS-ét egy külön, belső fehérjeburokba csomagolja, és ezt a sejtbe bejutva vékony szálakra függeszti fel. Hasonló konstrukciót a növényi és állati sejtekben látni, ahol a DNS sejtmag formájában elkülönül a sejt többi részétől. Egyszerűbb, bakteriális sejtekben azonban ez nem jellemző, és pláne nem általános a vírusokban, amelyek nem is egészen tekinthetők élőlényeknek.

A szakértők gyanút fogtak, hogy talán a phiKZ is hasonló taktikát alkalmazhat. Rövidesen ki is derült, hogy Bondy-Denomy  bakteriofágja valóban közeli rokonságban áll a Pogliano által talált furcsa vírussal, és a phiKZ szintén védőcsomagolással látja el saját DNS-ét. Az ilyen típusú vírusoknak így nem kell speciális proteineket kifejleszteniük a CRISPR-rendszer változatai ellen, mivel a vágást végző enzim egyszerűen nem fér hozzá az örökítőanyaghoz.

A kutatóknak mindezt persze évekbe telt igazolni: kísérletileg megmutatták, hogy a CRISPR valóban hatástalan a fehérjeburokkal szemben, majd igazolták, hogy a burok nélkül viszont képes feldarabolni a DNS-t. Végül azt is sikerült megmutatni, hogy ha az enzimatikus ollót olyan fehérjékkel címkézik fel, amelyek átjutnak a burkon, a fágok szintén megsemmisülnek. Vagyis minden jel arra mutat, hogy a burok valóban a CRISPR elleni védelemre szolgál.

A felfedezés azon túl, hogy egy napon talán használható lehet a génszerkesztés szabályozására, érdekes lehetőségeket vet fel a sejtmag evolúciójával kapcsolatban is. Bondy-Denomy és kollégái szerint ugyanis könnyen lehetséges, hogy míg a vírusok a baktériumok védelmi rendszere ellen alakították ki a sejtmagszerű struktúrát, az eukarióta sejtek ősei a vírusok ellen kezdték becsomagolni saját DNS-üket, és így jött létre a sejtmag. A folyamat megértése érdekében a szakértők a következőkben a virális „sejtmagok” burkának felépítését, működését, előnyeit és hátrányait vizsgálják.