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揭开病毒对抗细菌CRISPR免疫系统的全新方式

作者: 发布时间:2024-05-17 浏览次数:175
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丹麦哥本哈根大学和新西兰奥塔哥大学的研究人员在国际***学术期刊 Nature 上发表了题为:Bacteriophages suppress CRISPR–Cas immunity using RNA-based anti-CRISPRs 的研究论文。

该研究揭示了病毒(噬菌体)抑制细菌的CRISPR-Cas免疫系统的全新方法——基于小非编码RNA的抗CRISPR(small non-coding RNA anti-CRISPR,简称Racr),这也是基于RNA的抗CRISPR的***个证据。

研究团队表示,这一发现告诉我们,自然环境中的的微生物动力学,可用于提升基因编辑的安全性,并有望带来更有效的抗生素替代品。这一发现对科学界来说是令人兴奋的,它让我们对如何阻止细菌的CRISPR-Cas防御系统有了更深入的了解。

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CRISPR-Cas是细菌和古菌的免疫系统,可以保护它们免受病毒——噬菌体的感染。它的工作原理是在噬菌体入侵时获取其DN***段,并将其添加到细菌基因组中。细菌***终会拥有一个曾经噬菌体感染的记忆库,记忆库中新增的部分被CRISPR重复序列分开。当噬菌体再次发动攻击时,该系统就会快速识别和降解特定的噬菌体。

有趣的是,噬菌体也进化出来不同的方法来克服细菌的这种防御系统。它们之间一直在进行着进化的军备竞赛,细菌拥有CRISPR-Cas,而噬菌体则拥有抗CRISPR(anti-CRISPR)。早在2013年,多伦多大学的 Alan Davidson 教授团队就在 Nature 期刊发表论文【2】,发现噬菌体进化出了基于蛋白质的抗CRISPR来克服细菌的CRISPR-Cas系统。

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之前的研究显示,一些噬菌体的基因组中也有着CRISPR重复序列。而这项***新研究发现了一种基于小非编码RNA的抗CRISPR(small non-coding RNA anti-CRISPR,简称Racr),Racr模拟在细菌的CRISPR阵列中发现的重复序列,并作为孤立重复单元编码在噬菌体基因组中。

研究团队发现,噬菌体编码的Racr通过与Cas6f和Cas7f特异性相互作用,强烈抑制I-F型CRISPR-Cas系统,导致异常的Cas亚复合物的形成,它们作为诱饵,破坏细菌的CRISPR-Cas防御系统。研究团队进一步确定了几乎所有由多种病毒和质粒编码的CRISPR-Cas类型的Racr候选基因,通常是在其他抗CRISPR基因的遗传背景下。

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论文通讯作者 Rafael Pinilla-Redondo 教授表示,噬菌体自身的基因组中含有细菌CRISPR-Cas系统的成分,它们利用这些分子模拟物来沉默细菌的免疫系统,并允许噬菌体复制。

这项发现是基于RNA的抗CRISPR的***个证据,这比之前发现的基于蛋白质的抗CRISPR具有更短的基因序列。并且由于它们是基于已知的CRISPR重复序列,我们有可能为所有CRISPR-Cas系统及其特定应用设计RNA抗CRISPR。

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