Tous les êtres vivants peuvent être soumis à l’action de parasites présents dans leur environnement. Les bactéries, qu’elles soient infectieuses ou non, sont susceptibles d’être infectées par certains types de virus : les bactériophages. De façon comparable aux organismes pluricellulaires possédant une immunité anti-infectieuse, les bactéries sont dotées de mécanismes de défense contre les bactériophages. Plus généralement, ces mécanismes de défense protègent les bactéries de l’apport de matériel nucléique exogène, qu’il soit issu de bactériophages ou d’autres bactéries (plasmides conjugatifs ou ADN libéré dans l’environnement et acquis par transformation naturelle).

L’un de ces mécanismes de défense est le système CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated). À ce jour, six classes (I à VI) de systèmes CRISPR/Cas ont été décrites chez les bactéries (pour revue voir [1]). Le mieux décrit est le système CRISPR/Cas9, un système de classe II. Le locus CRISPR est constitué de séquences nucléiques répétées partiellement palindromiques, séparées par des « cassettes » d’ADN appelées espaceurs, spécifiques de séquences nucléiques étrangères et acquises lors de la rencontre antérieure avec ces séquences, lors d’une phase dite d’adaptation. Lors de la transcription du locus CRISPR, un pré-ARN CRISPR (pré-crARN) est généré et clivé afin de produire des ARN CRISPR (crARN), correspondant chacun à un espaceur (voir Figure 1A, panneau de droite, Nouvelle de A. Friot et al., page 397). Dans le système CRISPR/Cas de type II, la maturation du pré-crARN en crARN nécessite l’intervention d’une RNase III, d’une nucléase appelée Cas9 ainsi que d’un crARN transactivateur (tracrARN). Cette phase est appelée phase d’expression. Les crARN produits sont ensuite pris en charge par des tracrARN associés à des complexes multiprotéiques composés de protéines Cas. Les crARN servent d’ARN guide pour les enzymes Cas en permettant la reconnaissance spécifique de matériel génétique étranger ayant une séquence complémentaire. L’hybridation de ces crARN à une séquence génétique étrangère induit le clivage de cette séquence par les protéines Cas, aboutissant à sa dégradation, ce qui est appelé phase d’interférence (voir Figure 1A, panneau de droite, Nouvelle de A. Friot et al., page 397). Ainsi, en induisant la dégradation du matériel génétique étranger, le système CRISPR/Cas confère une résistance à la bactérie. L’évolution du locus CRISPR en fonction de l’histoire de vie de la bactérie en fait donc un système assimilable à une forme d’immunité adaptative.

Ce mécanisme de défense a été étudié et exploité en recherche [2]. En effet, il est possible de générer artificiellement de petits transcrits associés à un tracrARN permettant ainsi la synthèse d’un ARN guide. Cet ARN a alors la capacité de cibler le matériel génétique d’intérêt tout en interagissant avec des protéines Cas. Lorsque les protéines Cas clivent le matériel génétique, celui-ci peut être réparé via une recombinaison homologue. Afin d’effectuer une insertion ou une modification précise, il est possible de fournir un ADN modèle qui sera utilisé pour la réparation (voir Figure 1, Nouvelle de P. Castagné et al., page 400). Cette matrice pourra alors être adaptée selon la question scientifique. De ce fait, le système CRISPR/Cas, naturellement présent chez les bactéries comme mécanisme de défense, peut également être exploité en recherche comme outil d’édition des génomes. Dans les brèves qui suivent, les fonctions naturelles du système CRISPR/Cas dans le contexte de l’acquisition d’une résistance aux antibiotiques sont explorées, et l’exploitation de ce système comme un outil expérimental en bactériologie et en virologie est illustrée par quelques exemples récents.