新研究發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas系統(tǒng)潛在的新功能

微生物利用CRISPR-Cas系統(tǒng)作為防御病毒入侵的防御機(jī)制。在基因工程領(lǐng)域，這種微生物免疫系統(tǒng)被重新用于基因組成的靶向修飾。

在魯爾研究聯(lián)盟魯爾健康研究中心的微生物學(xué)家Alexander Probst教授的領(lǐng)導(dǎo)下，一個(gè)研究小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了這種特殊基因組序列的另一種功能:古細(xì)菌——在外觀上通常與細(xì)菌非常相似的微生物——也利用它們來(lái)對(duì)抗寄生蟲(chóng)。該團(tuán)隊(duì)最近在《Nature Microbiology》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

2020年，生物化學(xué)家Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因?qū)RISPR-Cas系統(tǒng)或“基因剪刀”用于基因工程的生物技術(shù)應(yīng)用而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。然而，這種遺傳工具的許多功能至今仍未被探索。例如，微生物是否可以利用它們來(lái)對(duì)抗寄生在它們身上的其他微生物?

帶著這個(gè)研究問(wèn)題，Probst分析了地殼深處微生物的遺傳物質(zhì)。“地球上超過(guò)70%的微生物生活在深層生物圈中。他解釋說(shuō):“如果我們想了解地球上的多樣性，就值得深入研究。”

這位微生物學(xué)家和他的團(tuán)隊(duì)分析了美國(guó)間歇泉從深處噴出的水，以及日本地下實(shí)驗(yàn)室的樣本。研究組重點(diǎn)研究了作為寄主和寄生蟲(chóng)生活在生態(tài)系統(tǒng)中的古細(xì)菌。這種微小的微生物在細(xì)胞大小上與細(xì)菌非常相似，但在生理特性上卻有很大的不同。

他們的基因組分析結(jié)果提供了新的見(jiàn)解:宿主附近的寄生蟲(chóng)明顯很少，并且宿主表現(xiàn)出對(duì)寄生蟲(chóng)的遺傳抗性。研究人員在微生物基因組中的基因剪刀中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象的原因。“在進(jìn)化過(guò)程中，古細(xì)菌吸收了寄生蟲(chóng)的DNA。如果具有相同DNA的寄生蟲(chóng)現(xiàn)在攻擊生物體，那么外來(lái)遺傳物質(zhì)可能會(huì)被CRISPR系統(tǒng)識(shí)別并可能被分解。這位微生物學(xué)家是分析環(huán)境樣本遺傳物質(zhì)的專(zhuān)家，在他的實(shí)驗(yàn)室里使用最新的方法，比如牛津納米孔技術(shù)，可以快速、全面地對(duì)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)序。

為了排除他們只遇到孤立病例的可能性，研究人員將分析范圍擴(kuò)大到7000多個(gè)基因組，并經(jīng)常觀察到這種現(xiàn)象。在未來(lái)的研究中，這一發(fā)現(xiàn)也將有助于區(qū)分有益的共生體和有害的寄生蟲(chóng)。如果已經(jīng)有了CRISPR識(shí)別，那么這種微生物極有可能是寄生蟲(chóng)。這也可能有助于更好地理解重要的代謝過(guò)程，比如生態(tài)系統(tǒng)中的碳流。

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