Nature子刊：发现CRISPR/Cas的对抗系统

来自多伦多大学和新西兰奥塔哥大学的一个研究小组证实，不同的细菌物种群编码了一些阻断特异CRISPR/Cas系统活性的蛋白。扫描前噬菌体，多伦多大学的Alan Davidson和同事发现了5个新的蛋白质编码anti-CRISPR基因，在他的研究小组以往鉴别的9个anti-CRISPR基因列表中添加了新成员。

　　

生物通报道  来自多伦多大学和新西兰奥塔哥大学的一个研究小组证实，不同的细菌物种群编码了一些阻断特异CRISPR/Cas系统活性的蛋白。扫描前噬菌体( prophage，整合在细菌基因组内的噬菌体基因组 )，多伦多大学的Alan Davidson和同事发现了5个新的蛋白质编码anti-CRISPR基因，在他的研究小组以往鉴别的9个anti-CRISPR基因列表中添加了新成员。发表在6月13日Nature Microbiology杂志上的这项新研究，揭示了了解CRISPR系统运作机制的一条途径及实现CRISPR基因编辑的一个潜在扩展工具（Cell发布突破性CRISPR新技术 ）。

法国艾克斯-马赛大学微生物学家Didier Raoult（未参与该研究）说：“作者报告了红色皇后理论（red queen theory）一种迷人的应用，假定了所有生物之间，尤其是宿主与寄生物之间存在一种军备竞赛。这些蛋白是噬菌体对细菌CRISPR系统做出的反应。”

美国生物技术信息中心和国家医学图书馆的Eugene Koonin说：“发现anti-CRISPR蛋白在某种意义上来讲并不令人惊讶，作为宿主-寄生物共进化的一个组成部分，噬菌体一定会形成这些蛋白。”

Davidson研究小组在2013年发现，绿脓杆菌内的一个前噬菌体赋予了对一系列其他类型噬菌体的抗性。因此研究人员调整了绿脓杆菌的CRISPR系统，尝试了解前噬菌体影响细菌对噬菌体感染敏感性的机制。他们发现绿脓杆菌I-F型CRISPR系统仅阻止了某些类型噬菌体的感染。搜寻这些噬菌体的基因组，研究人员发现了5个独特的基因，每个基因都具有抗CRISPR活性。在随后的一项研究中，研究人员发现了另外4个基因显示出对抗绿脓杆菌I-E型CRISPR的活性。

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在当前的研究中，Davidson研究小组扩大了它的搜索范围为不同变形菌门(Proteobacteria phylum)内一些物种的基因组。由于以往发现的9个蛋白没有共同的序列模体，研究人员搜寻了与他们在所有已知anti-CRISPR基因座邻近发现的一个假定转录调控因子基因具有同源性的序列。

Davidson和同事们随后测试了在质粒上表达的每个假定anti-CRISPR基因，是否能够支持噬菌体在具有I-E型和I-F型抗噬菌体CRISPR系统的细菌内进行复制的能力。该研究小组发现了4个靶向I-F系统的anti-CRISPR基因，加上一个能够阻断I-F型和I-E型CRISPR系统活性的anti-CRISPR基因。

Davidson说：“存在大量不同的anti-CRISPR基因家族，强调了这些基因有利于噬菌体，CRISPR系统给噬菌体复制造成了一个重要的障碍。”该研究小组以往在体外测试的3个anti-CRISPR蛋白以一种不同的方式结合并阻断了CRISPR功能（Nature发表重要成果：CRISPR–Cas的抑制系统 ）。

根据Raoult所说，这些anti-CRISPR蛋白或许可以提供线索，了解某些细菌和古细菌物种保留了编码抗性基因的外源DNA元件（例如前噬菌体和其他可移动遗传元件），而另一些则没有保留的原因。“这是一个重要的问题，我怀疑这些anti-CRISPR蛋白可能是一个差别之处。”

Anti-CRISPR蛋白或许还是有用的实验工具。“不难想象，可以按照现在利用Cas9突变体的相同方式，来利用这些蛋白调控用于基因组编辑和工程的CRISPR系统的活性，或作为一种方法来短暂调控CRISPR表达，”Koonin说。

这一研究小组现正在致力鉴别更多对抗其他CRISPR系统，包括广泛应用的CRISPR/Cas9系统的基因（遗传学大牛Nature Methods发布CRISPR重要成果 ）。

“这有可能只是anti-CRISPR蛋白总数的冰山一角，”Koonin说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

A. Pawluk et al., “Inactivation of CRISPR-Cas systems by anti-CRISPR proteins in diverse bacterial species,” Nature Microbiology, doi:10.1038/nmicrobiol.2016.85, 2016.