Nature新文章解答CRISPR-Cas长期疑问

　　

生物通报道：微生物之间的战争通常都是通过侵入来进行，比如病毒感染微生物，就是刺破细胞的保护墙，插入自己的遗传物质。最近来自洛克菲勒大学的一项新研究揭示了微生物如何通过CRISPR系统迅速采取行动，抵御面临的威胁。CRISPR是细菌免疫系统，也是编辑基因组的强大工具。

这一研究成果公布在3月29日的Nature杂志上，由洛克菲勒大学Luciano A. Marraffini领导完成，他是最早提出CRISPR专利的申请人，2008年他提出TARGET DNA INTERFERENCE WITH crRNA的申请，主要是针对CRISPR系统作为一个干扰基因表达工具方面的作用，并没有涉及基因编辑，但最后这个申请没有被通过。同时Marraffini也是张锋那篇著名CRISPR论文的合著者。

CRISPR(规律成簇的间隔短回文重复)系统是细菌适应性免疫系统，能通过改变细菌基因组，将一些称作为间隔序列(spacers)的短病毒序列添加到重复DNA序列之间来发挥作用。这些间隔序列形成了有关过去入侵物的一些记忆，它们充当CRISPR相关基因编码酶(Cas)的向导，使得Cas能够找到并破坏试图再次感染细菌的相同病毒。

“大约十年前，我们就已经知道CRISPR通过获取病毒DNA片段来完成自己的功能，但是准确来说，是感染过程中CRISPR免疫的哪个关键步骤呢？这一直是一个谜，”Marraffini说。

CRISPR的谜题

在这篇文章中，研究人员设计了一个实验：在不同的时间点停止病毒生命周期，Marraffini实验室博士后Joshua W. Modell和研究生Wenyan Jiang检测了CRISPR系统，看看到底是CRISPR何时以及如何从病毒中获取间隔序列的。

之前的研究表明CRISPR倾向于从DNA松散末端上获取间隔序列，这种偏好性缩小了研究人员的选择范围，因为病毒DNA只有在感染的某些时间点上才会出现线性形式，其它时间它的两端粘在一起，呈圆环状。

研究组在三个点上停止了感染过程，但是发现无论是何时停止这个过程，CRISPR都能获得间隔序列，这表明它们在病毒将基因组注入细胞时就已经发生了。

早期防御

这个时间点很重要。研究人员发现CRISPR在病毒进入细胞的第一部分中就获取了间隔序列，从而确保下次病毒出现时能立即攻击病毒。当研究人员将CRISPR系统改为与病毒最后进入细胞时，其基因组末端相匹配的序列时，这个病毒能继续增殖。

“事实证明，CRISPR系统非常聪明，”Modell说，“它利用病毒感染周期的细微差别尽早地阻止了感染。”

（生物通：万纹）

原文标题：

CRISPR–Cas systems exploit viral DNA injection to establish and maintain adaptive immunity