新方式：噬菌體可以阻止CRISPR-Cas系統(tǒng)

一項微觀新發(fā)現(xiàn)不僅能讓科學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的Peter Fineran教授和哥本哈根大學的Rafael Pinilla-Redondo博士領(lǐng)導的一個國際研究小組在**的《自然》雜志上發(fā)表了一項研究，揭示了病毒抑制細菌CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)的新方法。

文章一作David Mayo-Mu?oz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，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是細菌的免疫系統(tǒng)，可以保護它們免受細菌病毒(稱為噬菌體)的感染。它的工作原理是將噬菌體DNA片段添加到細菌的基因組中。細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)В虼薈RISPR-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重復序列分割，這些重復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)進化出不同的方法來克服這些防御系統(tǒng)——這就像一場進化軍備競賽。細菌具有CRISPR-Cas，因此噬菌體產(chǎn)生了抗CRISPR，這使它們能夠阻斷細菌的免疫復合物。”

Mayo-Mu?oz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重復序列裝載細菌來阻止CRISPR-Cas。

實驗室負責人Fineran教授說，這些抗CRISPR的RNA會使細菌的免疫復合物“失明”。

“噬菌體自身的基因組中含有細菌CRISPR-Cas系統(tǒng)的成分。它們利用這些分子模擬物來沉默細菌的免疫系統(tǒng)，讓噬菌體復制，”他說。

研究小組還發(fā)現(xiàn)，當噬菌體將RNA重復序列裝載到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合物。

“這種分子模擬破壞了細菌的防御和系統(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，從而提高其準確性和治療效果。

我們的發(fā)現(xiàn)**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——修復導致疾病的突變基因，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)。”

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