一項微觀新發(fā)現(xiàn)不僅能讓科學(xué)家了解我們周圍的微生物世界，還能提供一種控制CRISPR-Cas技術(shù)的新方法。
由新西蘭奧塔哥大學(xué)的Peter Fineran教授和哥本哈根大學(xué)的Rafael Pinilla-Redondo博士領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組在著名的《自然》雜志上發(fā)表了一項研究，揭示了病毒抑制細(xì)菌CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)的新方法。
文章一作David Mayo-Muñoz博士說，這一發(fā)現(xiàn)揭示了我們環(huán)境中的微生物動力學(xué)，并可以用于使基因編輯更安全，帶來更有效的抗生素替代品。
他說:“這一發(fā)現(xiàn)對科學(xué)界來說是令人興奮的，因為這讓我們對如何阻止CRISPR-Cas防御有了更深入的了解。”
CRISPR-Cas是細(xì)菌的免疫系統(tǒng)，可以保護(hù)它們免受細(xì)菌病毒(稱為噬菌體)的感染。它的工作原理是將噬菌體DNA片段添加到細(xì)菌的基因組中。細(xì)菌最終會有一個記憶庫，里面儲存著過去感染噬菌體的經(jīng)歷，它會把這些經(jīng)歷像人臉照片一樣歸檔，在噬菌體再次攻擊時，利用它們來識別和降解特定的噬菌體。
“如果一種病毒進(jìn)入，其部分DNA被添加到記憶庫中，然后在這個過程中從DNA變成RNA。每個RNA就像一個向?qū)?，因此CRISPR-Cas系統(tǒng)可以正確識別并摧毀入侵的噬菌體。每個添加到記憶庫的片段都被CRISPR重復(fù)序列分割，這些重復(fù)序列就像書擋一樣堆疊在每個噬菌體序列之間。
有趣的是，噬菌體已經(jīng)進(jìn)化出不同的方法來克服這些防御系統(tǒng)——這就像一場進(jìn)化軍備競賽。細(xì)菌具有CRISPR-Cas，因此噬菌體產(chǎn)生了抗CRISPR，這使它們能夠阻斷細(xì)菌的免疫復(fù)合物。”
Mayo-Muñoz博士說:“我們發(fā)現(xiàn)了一種全新的方式，噬菌體可以阻止CRISPR-Cas系統(tǒng)。”
以前的研究人員表明，一些噬菌體的基因組中有CRISPR重復(fù)序列，在最新研究中，奧塔哥和哥本哈根的研究小組證明，噬菌體用這些RNA重復(fù)序列裝載細(xì)菌來阻止CRISPR-Cas。
實驗室負(fù)責(zé)人Fineran教授說，這些抗CRISPR的RNA會使細(xì)菌的免疫復(fù)合物“失明”。
“噬菌體自身的基因組中含有細(xì)菌CRISPR-Cas系統(tǒng)的成分。它們利用這些分子模擬物來沉默細(xì)菌的免疫系統(tǒng)，讓噬菌體復(fù)制，”他說。
研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噬菌體將RNA重復(fù)序列裝載到CRISPR-Cas蛋白上時，并不是所有正確的蛋白質(zhì)都裝載了，從而形成了一個無功能的復(fù)合物。
“這種分子模擬破壞了細(xì)菌的防御和系統(tǒng)的功能：這就基本上形成了一個誘餌。”
對CRISPR-Cas的主要興趣在于其精確編輯基因組的可編程特性——諾貝爾化學(xué)獎最近被授予這項技術(shù)。有趣的是，抗CRISPR可以作為關(guān)閉或調(diào)整這項技術(shù)的安全開關(guān)。
“要想發(fā)揮CRISPR-Cas技術(shù)的潛力，重要的是能夠控制它、開啟和關(guān)閉它以及調(diào)整它，從而提高其準(zhǔn)確性和治療效果。
我們的發(fā)現(xiàn)首次證明了RNA抗CRISPR的存在，與之前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)抗CRISPR相比，RNA抗CRISPR的遺傳序列更短，而且由于它們基于已知的CRISPR重復(fù)序列，我們有可能為所有CRISPR-Cas系統(tǒng)及其特定應(yīng)用設(shè)計RNA抗CRISPR。”
CRISPR-Cas最終將用于基因治療——修復(fù)導(dǎo)致疾病的突變基因，但為了使其更安全，需要抗crispr來調(diào)節(jié)這項技術(shù)。
噬菌體也可以用作殺死致病菌的抗菌劑，提供抗生素的替代品，但是如果被感染的細(xì)菌具有活性的CRISPR-Cas系統(tǒng)，那么將需要具有正確的抗crispr的噬菌體來中和它。
“能夠創(chuàng)建定制的抗crispr將是工具箱中一個重要的選擇。”Fineran教授說。
“我們很高興能夠為噬菌體如何與細(xì)菌宿主作戰(zhàn)提供全新的見解。我們希望這些RNA抗crispr將提供一種新的方法來幫助控制CRISPR-Cas技術(shù)。”
文章標(biāo)題
Bacteriophages suppress CRISPR–Cas immunity through RNA-based anti-CRISPRs
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-10） | 
