2024年7月29日，中國科學(xué)院微生物研究所研究團(tuán)隊與福建師范大學(xué)合作在Nature Chemical Biology在線發(fā)表了題為“CRISPR-repressed toxin–antitoxin provides herd immunity against anti-CRISPR elements”的研究論文。該研究闡釋了一種不基于序列識別的群體免疫機(jī)制，拓展了對CRISPR免疫策略的理解。
CRISPR-Cas系統(tǒng)是存在于細(xì)菌和古菌中的一種適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，能夠通過特異性識別噬菌體等外源遺傳元件的DNA序列產(chǎn)生靶向免疫，但它也頻繁遭受anti-CRISPR元件的破壞，目前已發(fā)現(xiàn)上百種anti-CRISPR蛋白家族和RNA-based anti-CRISPR（Racr）元件。這些高度多樣且在MGE中普遍存在的anti-CRISPR蛋白或RNA元件，給細(xì)菌的CRISPR免疫防線帶來巨大挑戰(zhàn)。
團(tuán)隊基于前期對于CRISPR護(hù)衛(wèi)系統(tǒng)的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)（Science.372(6541):eabe5601），進(jìn)一步研究表明，當(dāng)CRISPR-Cas系統(tǒng)遭到任何anti-CRISPR元件（無論蛋白或RNA）破壞時，CRISPR護(hù)衛(wèi)系統(tǒng)中原本被抑制的毒素基因會被釋放表達(dá)，導(dǎo)致菌體生長停滯和流產(chǎn)感染，表現(xiàn)出一種廣譜的anti-anti-CRISPR作用。這種被CRISPR抑制調(diào)控的毒素非常多樣化，在本研究中是一種來自于噬菌體的KilA同源蛋白，被CRISPR系統(tǒng)“征用”來誘導(dǎo)菌體無法正常分裂乃至死亡。此外，團(tuán)隊利用這一廣譜anti-anti-CRISPR分子回路，開發(fā)了一套高效的anti-CRISPR篩選體系，并成功篩選到了兩類通過不同機(jī)制抑制Cas蛋白特異性識別能力的新型Acr蛋白，或為基因編輯工具的精準(zhǔn)調(diào)控提供新元件和開發(fā)思路。
中國科學(xué)院微生物研究所特別研究助理舒憲、副研究員王銳、博士研究生李志華和特別研究助理薛瓊為該論文的共同第一作者，微生物所李明研究員、李潔研究員、王銳副研究員和福建師范大學(xué)歐陽松應(yīng)教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到了科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、國家博士后創(chuàng)新人才資助計劃和中國博士后科學(xué)基金等項目的支持。
圖1 CRISPR通過調(diào)控毒素表達(dá)對攜帶Acr的非靶標(biāo)MGE產(chǎn)生群體免疫
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01693-3 | 
