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细菌CRISPR-Cas对病毒DNA免疫机制

我们躯体内外的每一寸都布满细菌。事实上,人体携带细菌细胞的数量是人体自身细胞的10倍。许多细菌都是我们的朋友,帮助了我们消化食物和抵抗感染。但对于我们生命所依赖的这些丰富的生物体,还有很多仍有待去了解。洛克菲勒大学的科学家们最终破解了细菌利用来保卫自身对抗入侵者的基本过程的密码。


多年来,研究人员对于存在于许多细菌物种中的一种免疫系统,其运作机制相互矛盾的一些结果一直感到困惑。一些数据表明,当病毒入侵细菌细胞时,称作为III型CRISPR-Cas的这一机制会靶向病毒的DNA,阻止它利用细菌的机器来拷贝自身及感染更多的细菌。但另外的一些实验表明,III型CRISPR-Cas只能通过切割病毒RNA来让病毒丧失能力。

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在洛克菲勒大学的Luciano Marraffini和Poulami Samai他们的实验中,博士后研究员Samai测试了III型CRISPR-Cas对DNA和RNA的切割。但她添加了从前其他人没有得到过的一个关键成分。她和细菌学实验室负责人Marraffini看到, CRISPR-Cas确实切割了病毒DNA生成的RNA,但它也切割了病毒的DNA。


Marraffini说,这样的双交叉系统有一些优势。许多的病毒整合到它们感染细胞的基因组中保持休眠状态,不会造成损伤。事实上,这些病毒对于细菌可能是有益的,例如它们携带的毒素帮助了细菌促进自身生存。举例说来,白喉毒素是由一种细菌所分泌,但编码这一毒素的基因却来自于一种病毒。“只有在病毒开始将它们的DNA转录为RNA之时才会让它们丧失功能,通过设置这样的要求III型CRISPR-Cas不会损及休眠病毒,使得它们可以继续让宿主细菌受益,”Marraffini说。


Marraffini说,了解微生物执行功能的机制细节对于健康和科学具有重要意义。除了在地球上有着惊人丰富的生命形式,推动了每个物种和生态系统的健康及疾病发生之外,微生物一直是彻底变革科学和医学的大量技术工具的来源。


Marraffini说:“四十多年前,科学家们通过研究感染细菌的一些病毒发现了DNA切割酶,激励开发出了一类新工具掀起了生物医学革命。”现在,基于另一类CRISPR-Cas的新技术正在引发另一轮的革命,使得科学家们能够以从前无法做到的方式快速、轻易地操控基因组。


“这确实地证明了微生物基础生物学是非常有用的。微生物是地球上生物学一个至关重要的组成部分,了解它们的作用机制具有重要的意义。”


原文链接:Co-transcriptional DNA and RNA Cleavage during Type III CRISPR-Cas Immunity


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