可能的 “诺奖”级发现：揭露细菌中的神秘分子

半单链DNA和半RNA是一类在许多细菌中发现的奇特杂交结构，它们被统称为“反转子（retrons）”。自从35年前被发现以来，研究人员已经学会了用retrons酶来生产单链DNA，但奇怪的是，无人知晓它们在原始出处细菌中的作用。

　　

半单链DNA和半RNA是一类在许多细菌中发现的奇特杂交结构，它们被统称为“反转子（retrons）”。自从35年前被发现以来，研究人员已经学会了用retrons来生产单链DNA，但奇怪的是，无人知晓它们在原始出处细菌中的作用。

11月5日，发表在《Cell》杂志的一篇论文，来自魏茨曼科学研究所的小组报告了这个长期存在的谜团：反转子是免疫系统的“卫士”，是细菌用来保护自己不受病毒感染的一种新策略，这一策略与植物免疫系统惊人地相似。此外，它们还发现了许多新的反转子，未来，这些基因也许可能会被添加到基因组编辑工具包中。

这项研究是诞生于分子遗传学系Rotem Sorek教授实验室，由Adi Millman、Aude Bernheim博士和Avigail Stokar Avihail领导。Sorek等人启初并没有想要解决反转子谜团。他们在寻找细菌免疫系统的新元素，特别是帮助细菌抵御病毒感染的元素。最近他们发现，细菌的免疫系统基因喜欢在所谓的防御岛的基因组中聚集。当他们在一个细菌防御岛上发现了反转子的独特特征后，他们决定进一步调查。

他们认为反转子肯定参与了保护细菌免受噬菌体病毒的侵害，当研究人员更仔细地观察位于已知防御基因附近的其他反转子时，他们发现这些反转子在生理和功能上总是与另一个基因相连。当伴随的基因或反转子基因发生突变时，细菌在对抗噬菌体感染方面就不那么成功了。

研究人员随后开始在防御岛上寻找更多这样的复合体。最终，他们发现了大约5000个反转子，其中许多是新的，存在于众多细菌物种的不同防御岛上。

为了检查这些反转子是否也作为免疫机制发挥作用，研究人员将许多反转子逐个移植到缺乏反转子的实验室细菌细胞中。正如他们所怀疑的那样，他们在大量细胞中发现，反转子保护了细菌免受噬菌体感染。

原理是什么？研究小组将注意力集中在一种特殊的反转子上，并追踪它在噬菌体感染时的作用，发现它的功能是使受感染的细胞自杀。细胞自杀，曾经被认为只属于多细胞生物阻止广泛感染的最后手段——如果自杀机制的作用足够快，在病毒完成自我复制并扩散到其他细胞之前杀死细胞。

进一步的研究表明，反转子并不感知噬菌体的入侵，而是监视免疫系统的另一部分，即RecBCD，这是细菌的第一道防线。如果它意识到噬菌体已经篡改了细胞的RecBCD，反转子就会通过第二个连接的基因激活它的程序，杀死受感染的细胞并保护剩下的菌落。

“这是一个聪明的策略，我们发现它的工作方式与植物细胞中的保护机制类似，”Sorek说。“就像感染植物的病毒一样，噬菌体配备了多种抑制剂来阻断细胞免疫反应的各个部分。反转子就像已知存在于植物中的一种保护机制，不需要能够识别所有可能的抑制剂，只需要掌握一种特定免疫复合物的功能。受感染的植物细胞采用杀死叶或根的一小部分，以拯救植物本身。由于大多数细菌生活在菌落中，这种策略可以促进群体的生存，即使牺牲了个体成员的利益。”

反转子对生物技术非常有用，因为它们从一段RNA开始，反转子序列的模板可以替换成任何需要的DNA序列，有时还可以与从细菌免疫工具箱（CRISPR）借用的另一种工具结合使用，以各种方式操纵基因。

在新鉴定出的不同的反转子基因列表中，可能隐藏着更多的能够为特定基因编辑需求提供更好模板的基因。

原文检索：Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense

（生物通：伍松）