導語：一項微觀發(fā)現(xiàn)不僅能讓科學家了解我們周圍的微生物世界，還能提供控制CRISPR-Cas生物技術的新方法。
近日，由奧塔哥大學的Peter Fineran教授和哥本哈根大學的Rafael Pinilla-Redondo博士領導的國際研究小組在《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。奧塔哥微生物學和免疫學系噬菌體-宿主相互作用（Phi）實驗室的共同第一作者David Mayo-Mu?oz博士表示，這一發(fā)現(xiàn)可以讓我們了解環(huán)境中的微生物動態(tài)，用于使基因編輯更安全，并且?guī)砀行У目股靥娲?。“這一發(fā)現(xiàn)對科學界來說是令人興奮的，因為它讓我們更好地了解如何阻止CRISPR-Cas防御，”他說。CRISPR-Cas是細菌的免疫系統(tǒng)，可以保護它們免受細菌病毒（噬菌體）的感染。它的工作原理是提取噬菌體DNA片段并將其添加到細菌的基因組中。細菌最終會建立一個既往噬菌體感染的記憶庫，將其像照片一樣歸檔，以便當特定噬菌體再次攻擊時，用它們來識別和降解它。“如果病毒入侵，其部分DNA會被添加到記憶庫中，然后在此過程中從DNA轉(zhuǎn)變?yōu)?RNA。每個 RNA 都充當‘向?qū)А慕巧?，因此CRISPR-Cas系統(tǒng)可以正確識別并消滅入侵的噬菌體。記憶庫中的每個添加內(nèi)容都由CRISPR重復序列劃分，該重復序列像書擋一樣堆疊在每個噬菌體序列之間?！?/span>“有趣的是，噬菌體已經(jīng)進化出不同的方式來克服這些防御系統(tǒng)——這就像一場進化軍備競賽。細菌有CRISPR-Cas，因此噬菌體開發(fā)出了抗CRISPR，這使得它們能夠阻斷細菌的免疫復合物?！?/span>RacrIF1具有抗CRISP活性（圖片來源：Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06612-5）“我們發(fā)現(xiàn)的是噬菌體可以阻止CRISPR-Cas系統(tǒng)的全新方式，”Mayo-Mu?oz博士說。之前的研究人員表明，一些噬菌體的基因組中含有CRISPR重復序列，在當前的研究中，奧塔哥和哥本哈根團隊證明噬菌體將這些RNA重復序列裝載到細菌中以阻止CRISPR-Cas。“噬菌體在自己的基因組中含有CRISPR-Cas系統(tǒng)。它們利用這些作為分子模擬物來繞過細菌的免疫系統(tǒng)并允許噬菌體復制，”奧塔哥Phi實驗室負責人Fineran教授說。研究小組還發(fā)現(xiàn)，當噬菌體將RNA重復序列加載到CRISPR-Cas蛋白上時，并非所有正確的蛋白都會加載，也會形成無功能的復合物。“這種分子模擬物破壞了細菌的防御和系統(tǒng)的功能，可以將其看作一個誘餌?！?/span>人們對CRISPR-Cas的主要興趣在于其精確編輯基因組的可編程特性，這項技術曾榮獲了諾貝爾化學獎（2020年，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因開發(fā)了CRISPR-Cas基因編輯技術而榮獲諾貝爾化學獎）。有趣的是，抗CRISPR可以用作關閉或調(diào)整該技術的安全開關。“為了發(fā)揮CRISPR-Cas技術的潛力，重要的是能夠控制它、打開和關閉它、調(diào)整它，從而提高其準確性和治療效果，”Mayo-Mu?oz博士表示。“我們的發(fā)現(xiàn)是RNA抗CRISPR的首個證據(jù)，它的基因序列比之前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)抗CRISPR更短，并且由于它們是基于已知的CRISPR重復序列，我們就有可能設計RNA抗CRISPR所有CRISPR-Cas系統(tǒng)及其具體應用，”該研究人員還表示道。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)該技術。噬菌體還可以用作抗菌劑來殺死病原菌，提供抗生素的替代品，但如果受感染的細菌具有活躍的CRISPR-Cas系統(tǒng)，則需要具有正確抗CRISPR的噬菌體來中和它?！澳軌騽?chuàng)建定制的抗CRISPR將是未來重要的研究方向?！盤eter Fineran教授說道：“我們很高興能夠提供關于噬菌體如何與其細菌宿主戰(zhàn)斗的全新見解。我們希望這些RNA抗CRISPR能夠提供一種新方法來幫助控制CRISPR-Cas技術。”
