Cell发布CRISPR重要新发现

　　

当一些细菌设法保护自身免受病毒侵袭时，它们会采用一种看似冒险的策略：等到入侵病毒已开始复制之时。洛克菲勒大学的研究人员在一项研究中，阐明了细菌在延迟采取行动后利用两种新发现的酶来对抗感染的机制。

细菌学实验室主任及助理教授Luciano Marraffini说：“病毒感染可以杀死细菌细胞——但在某些情况下，病毒遗传材料也可以提供一些利益，例如对抗其他的病毒。有害的病毒会立即启动复制，但有益的病毒会将自身植入到细菌基因组中。通过采用一种等待观望（wait-and-see）的策略，容忍感染的初始阶段，细菌能够做出明智的选择。”

这项发表于《细胞》（Cell）杂志上的研究，帮助解释了尽管响应迟缓细菌却能够成功清除有害感染的机制。在未来，这有可能会促使开发出一些新方法来对抗感染疾病及实现其他的潜在应用。

最后一刻的防御

新研究将焦点放在了作为细菌免疫系统CRISPR-Cas组成部分的两个酶：Csm3和Csm6上。当这些酶在感染的晚期阶段采取行动时，它们会切碎病毒RNA。

CRISPR系统是一种适应性细菌免疫反应，它依赖发挥作用的DNA片段中包含有与病毒遗传密码相匹配的序列。CRISPR相关基因利用这些序列作引导来靶向破坏入侵者(延伸阅读：Nature子刊发布CRISPR-Cas9突破性技术成果 )。

通常，CRISPR防御系统会在注入到细菌细胞中的几分钟内攻击破坏病毒DNA，因此入侵病毒没有机会进行复制。但本研究调查的这一特殊类型的CRISPR——III型CRISPR-Cas系统会等到病毒完成复制，已转录为RNA后，在感染的晚期发动攻击。

论文的第一作者、研究生Wenyan Jiang说：“看起来III型CRISPR-Cas实际上需要在病毒生成RNA后，它才能靶向和破坏病毒DNA。因此，这一系统必须处理的并非是一个而是成百上千的病毒DNA链，要花费9个小时而非几分钟的时间来清除感染。”

额外的保护

等待至这一刻存在一种内在风险，因为有大量的病毒基因存在，仅仅靠CRISPR-Cas系统利用的经典DNA切割酶无法阻止感染。因此，研究人员发现，III型CRISPR-Cas还利用了Csm3和Csm6来靶向病毒RNA。

为了观测这种以RNA为焦点的防御发挥作用，Marraffini、Jiang和实验室的助理研究员Poulami Samai，构建出了一种突变形式的、缺失Csm3和Csm6酶的表皮葡萄球菌。当他们用病毒感染突变及正常的细菌时，突变菌群会死于病毒。

这项研究阐明了这种CRISPR-Cas策略发挥功能的机制及对生物技术和医学的潜在影响。由于它可以精确地靶向基因，现已证实了CRISPR的DNA切割能力对开发遗传工程技术有用。Marraffini说，了解CRISPR RNA切割酶的运作机制或许可以帮助操控人类细胞的RNA。

Marraffini说：“这项研究还增进了我们对细菌与病毒互作的认识，这对于了解细菌发病机制至关重要。病毒遗传物质可以增强病原体的毒力，同时在临床上可以利用一些病毒来杀死病原体。了解在细菌-病毒互作中起作用的分子机制可以帮助我们对抗传染病。”

生物通推荐原文索引：

Degradation of Phage Transcripts by CRISPR-Associated RNases Enables Type III CRISPR-Cas Immunity

Type III-A CRISPR-Cas systems defend prokaryotes against viral infection using CRISPR RNA (crRNA)-guided nucleases that perform co-transcriptional cleavage of the viral target DNA and its transcripts. Whereas DNA cleavage is essential for immunity, the function of RNA targeting is unknown. Here, we show that transcription-dependent targeting results in a sharp increase of viral genomes in the host cell when the target is located in a late-expressed phage gene. In this targeting condition, mutations in the active sites of the type III-A RNases Csm3 and Csm6 lead to the accumulation of the target phage mRNA and abrogate immunity. Csm6 is also required to provide defense in the presence of mutated phage targets, when DNA cleavage efficiency is reduced. Our results show that the degradation of phage transcripts by CRISPR-associated RNases ensures robust immunity in situations that lead to a slow clearance of the target DNA