2019-05-30 20:40:02
CRISPR酶通过转化受感染的细胞来保护细菌

什么不杀死细菌使它更强壮。

细菌用于对抗病毒的酶的工作原理不仅是针对病毒,还针对细菌本身。它将细菌送入休眠状态,使其成为病毒繁殖的荒凉之地。研究人员在2019年5月29日的“自然”杂志上报告说,这可以保护细菌免受突破其他免疫防御的突变病毒的侵害。

解除或杀死宿主细胞是一种常见的免疫系统策略,但新工作首次证明它可用于细菌CRISPR防御,洛克菲勒大学霍华德休斯医学研究所的分子生物学家Luciano Marraffini说。

这种酶Cas13于2015年被发现,是包含Cas9的蛋白质家族的一部分,Cas9是一种以其在基因编辑中的作用而闻名的酶。例如,在流行的工具CRISPR中,科学家们使用Cas9插入或修饰特定基因。在自然界中,Cas蛋白是细菌免疫系统的关键部分。他们通过剪断入侵者的DNA或RNA来禁用感染细菌的病毒。

科学家已经知道Cas13在其家族中有点奇怪。如果Cas9是一把手术刀,那么Cas13更像是一把弯刀。它削减了特定的,有针对性的位置,但也削减了目标。与大多数Cas蛋白不同,它可以切割RNA,而不是DNA。

“Cas13已经成为一种非常强大的诊断工具,”洛克菲勒研究合着者Alexander Meeske说。研究人员可以使用它快速识别患者血液中的病毒,甚至是那些存在于非常低水平的病毒。 “我们不知道的是,”他说,“Cas13的行为是如何影响细菌免疫力的。”

现在,他和他的同事发现Cas13看似随意的剪断是一种有价值的细菌防御工具。虽然大多数Cas酶通过阻止病毒繁殖来保护细菌,但Cas13会阻止细菌宿主本身。

这很重要,因为病毒很容易逃避CRISPR系统 - 只有Cas酶靶向区域内的单一基因突变才能使病毒对免疫系统不可见。研究人员表示,Cas13可以捕获那些可能成为“逃逸”的病毒。

首先,Meeske和他的同事分析了Cas13如何影响RNA。他们发现,该酶广泛地切割RNA,分解病毒和宿主细胞产生的RNA。即使Cas13剪断了病毒完全可以丢弃的RNA区域,病毒仍然无法繁殖。这表明宿主细胞以某种方式关闭病毒繁殖。

当Meeske随后设计Cas13无法识别的突变病毒时,病毒在李斯特菌细菌内繁殖。但是,添加正常的,未突变的病毒以及突变病毒实际上保护了细胞免受感染 - 他们使Cas13开启并切断细胞中的所有RNA,他说。 “这太违反直觉了!”

没有RNA,细菌细胞就不能继续生长和发挥作用。在非功能细胞中,突变病毒无法繁殖。

Meeske说,目前还不清楚细胞是否可以从这种休眠中恢复过来,或者它们是否最终会死亡。但是通过阻止病毒复制,这些细胞正在保护较大的细菌群免受威胁。

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