導(dǎo)語：一項微觀發(fā)現(xiàn)不僅能讓科學(xué)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(shù)的新方法。
近日，由奧塔哥大學(xué)的Peter Fineran教授和哥本哈根大學(xué)的Rafael Pinilla-Redondo博士領(lǐng)導(dǎo)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(xì)菌CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)的新方法。奧塔哥微生物學(xué)和免疫學(xué)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(xué)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(xì)菌的免疫系統(tǒng)，可以保護(hù)它們免受細(xì)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(xì)菌的基因組中。細(xì)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(dāng)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(dāng)‘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(fù)序列劃分，該重復(fù)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(jìn)化出不同的方式來克服這些防御系統(tǒng)——這就像一場進(jìn)化軍備競賽。細(xì)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(xì)菌的免疫復(fù)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(fù)序列，在當(dāng)前的研究中，奧塔哥和哥本哈根團(tuán)隊證明噬菌體將這些RNA重復(fù)序列裝載到細(xì)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(xì)菌的免疫系統(tǒng)并允許噬菌體復(fù)制，”奧塔哥Phi實驗室負(fù)責(zé)人Fineran教授說。研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噬菌體將RNA重復(fù)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(fù)合物?！斑@種分子模擬物破壞了細(xì)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(shù)曾榮獲了諾貝爾化學(xué)獎（2020年，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因開發(fā)了CRISPR-Cas基因編輯技術(shù)而榮獲諾貝爾化學(xué)獎）。有趣的是，抗CRISPR可以用作關(guān)閉或調(diào)整該技術(shù)的安全開關(guān)?！盀榱税l(fā)揮CRISPR-Cas技術(shù)的潛力，重要的是能夠控制它、打開和關(guān)閉它、調(diào)整它，從而提高其準(zhǔn)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(fù)序列，我們就有可能設(shè)計RNA抗CRISPR所有CRISPR-Cas系統(tǒng)及其具體應(yīng)用，”該研究人員還表示道。CRISPR-Cas最終將用于基因治療，修復(fù)導(dǎo)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(shù)。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(xì)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(guān)于噬菌體如何與其細(xì)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(shù)。”
