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为团队选择一个细菌Self-CRISPR来击败噬菌体

2019-06-02 14:09:50 • 来源：

利他主义是行为中最高的行为，对于细菌来说可能看起来很陌生。但事实上，已知个别细菌为了它们所属的细菌菌落而牺牲自己。细菌可以分享营养。细菌可能吸收超过其抗生素的份额。而且，根据一项新的研究，细菌可能会将自己的抗噬菌体武器转向自身，防止感染性噬菌体通过细菌集体传播。

为团队选择一个细菌Self-CRISPR来击败噬菌体

在病毒攻击下，细菌可能会使用Cas13(其CRISPR免疫系统的一个元素)使自己进入休眠状态。通常，Cas13用于切割外源RNA。然而，它也可用于切割细菌自身的RNA，诱导休眠。

当Cas13以这种方式使用时，它不仅可以对抗RNA噬菌体，而且可以对抗更常见的DNA噬菌体。也就是说，通常通过从RNA噬菌体中切割RNA来直接起作用的Cas13也可以通过将DNA噬菌体拒绝为功能完全的宿主而间接起作用。

洛克菲勒大学的科学家发现了细菌落在他们自己的Cas13剑上的能力。这些由洛克菲勒大学教授Luciano Marraffini博士领导的科学家也发现Cas13比其他Cas酶更彻底地杀死病毒。标准CRISPR-Cas系统具有高度特异性，可切割与精确基因序列匹配的DNA。虽然这种特异性可能是一种资产，但它也有一个很大的缺点：如果病毒发生变异，CRISPR就无法识别入侵者，并且噬菌体无法逃脱。

“如果噬菌体的靶序列中有一个单点突变，那么Cas通常会看不见病毒，感染就会成功，”Marraffini说。“但是对于Cas13，我们没有看到任何突变的突变体。”

洛克菲勒的科学家们在5月29日出版的“自然”杂志上发表了一篇论文(“Cas13诱导的细胞休眠阻止了CRISPR耐药细菌噬菌体的兴起”)。

“虽然已经假设Cas13天然抵抗RNA噬菌体8，但专门发现VI型间隔序列与双链DNA噬菌体的基因组相匹配，这表明Cas13可以提供针对这些入侵者的免疫力，”该论文指出。“我们发现转录本的反式切割会阻止宿主细胞的生长，并且足以中止感染周期。这会消耗噬菌体群体并为未感染的细菌提供群体免疫力。“

细菌可以使用许多不同的CRISPR-Cas系统，其中一个由于其抵御入侵者的独特策略而引起了Marraffini的注意。尽管大多数Cas酶破坏病毒DNA，Cas13通过切割RNA起作用。

“由于Cas13靶向RNA，它最初被认为已进化为阻碍具有RNA基因组的噬菌体。问题是，RNA噬菌体非常罕见，“他解释道。“所以，我们想知道它是否可能已经发展成为一个不同的功能。”

与Alexander Meeske博士，Helen Hay Whitney博士后合伙人Marraffini合作，表明Cas13的激活实际上可以保护细菌免受DNA基因组的噬菌体的影响，这种情况更常见。

通过作用于宿主而不是直接靶向病毒，Cas13不仅可以提供针对DNA噬菌体的强大防御，还可以防止CRISPR抗性噬菌体的爆发。

研究人员将这种极好的抗病毒能力归因于这样一个事实：细胞休眠并不针对某种特定病毒，而是使任何噬菌体 - 包括突变体 - 无法繁殖。虽然无限期午睡可能看起来不像微生物的生命，但Meeske指出，Cas13的真正好处不在于个体水平，而在于细菌群落的整体水平。

“噬菌体只有一次能够传递其遗传有效载荷并进行复制，”Meeske说。“因此，如果他们将自己的基因组注入到一个原因不合适的寄主中，感染就会停止。噬菌体失去了，细菌群体获胜。“

虽然使Cas13自身生长的细菌不再生长，但它们不会死亡。这一观察结果促使科学家推测在Cas13a激活后允许细菌清除噬菌体基因组的机制，使细胞从休眠状态恢复。“如果存在这样的机制，”他们表示，“受感染的细胞本身将受益于VI型CRISPR系统的存在，免疫力不会是一种完全无私的事件。”

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