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Nature:惊人发现!揭秘CRISPR“前所未有”的防御机制

2017/07/24 来源:生物探索
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导读
日前,发表在《自然》杂志上的一项研究中,来自瑞士苏黎世大学等机构的科学家们发现了细菌利用CRISPR-Cas系统摧毁入侵者的新机制。研究人员惊人的发现,III型CRISPR–Cas系统竟能通过产生“第二信使”来对抗病毒感染。这一过程与人类先天免疫系统的抗病毒机制非常相似。

7月19日,在线发表于Nature杂志上题为“Type III CRISPR–Cas systems produce cyclic oligoadenylate second messengers”的研究中,来自瑞士苏黎世大学等机构的科学家小组发现了细菌抵御入侵病毒的一种前所未有的防御机制。

当细菌的免疫系统“不堪重负”时,CRISPR-Cas系统会产生一种化学信号,来激活第二种酶,帮助降解入侵者的遗传物质。这一过程与人类先天免疫系统的抗病毒机制非常相似。


When a virus is invading a bacterial cell, a defense mechanism called CRISPR-Cas is activated. (Image: arinarici / iStock)

CRISPR-Cas系统是在许多细菌中发现的免疫系统。在这些系统中,免疫力受复杂的多蛋白分子机器(complex multi-protein molecular machinery)调节。分子机器利用RNA分子作为分子向导,来识别并破坏入侵者。到目前为止,人们已经知道多蛋白复合物本身具有核酸酶的活性——它能够直接降解入侵病毒的DNA和RNA。然而,在这一新研究中,科学家们发现了细菌利用CRISPR-Cas系统摧毁入侵者的新机制。

惊人发现:CRISPR-Cas系统竟会产生“第二信使”

CRISPR-Cas系统的靶向机制由源于CRISPR的RNA序列和CRISPR相关的蛋白质(CRISPR-associated proteins,Cas)组成。当CRISPR RNAs识别入侵者的遗传物质时,Cas蛋白会像分子剪刀一样“剪开”遗传物质。

然而,在CRISPR-Cas系统的一个亚型中(Type III CRISPR–Cas),研究人员有了一个惊人的发现。当CRISPR识别入侵者后,它合成了一个“第二信使”(second messenger):一个小的、环状RNA分子。这一信号分子能够在细菌细胞中扩散,激活另一种RNA降解酶Csm6。Csm6然后帮助摧毁病毒的RNA。


意想不到:与人类先天免疫系统抗病毒机制相似

该研究的通讯作者Martin Jinek解释道:“在这种情况下,当被感染的细菌细胞中的CRISPR-Cas系统变得不堪重负时,它就会通过第二信使发出警报,从另一种防御机制中获得帮助,用以消除病毒。”

据悉,由CRISPR-Cas系统产生的第二信使分子此前从未在自然界中被观察到过。此外,这一新发现的细菌防御机制与已知的人类先天免疫系统的抗病毒机制有一些意想不到的相似之处。Jinek补充道:“原来,细菌在用一种与人类细胞惊人相似的方式来对抗病毒感染。”

参考资料:

New bacterial defense mechanism of the CRISPR-Cas system uncovered

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