Nature子刊：CRISPR-Cas系统潜在的新功能

由Alexander Probst教授领导的一个研究小组发现，古生菌，一种通常与细菌非常相似的微生物，使用CRISPR-Cas系统来对抗寄生虫。研究人员利用最先进的测序技术，对7000多个基因组进行了广泛的基因组分析，得出了这一发现。

　　

微生物利用CRISPR-Cas系统作为防御病毒入侵的防御机制。在基因工程领域，这种微生物免疫系统被重新用于基因组成的靶向修饰。

在鲁尔研究联盟鲁尔健康研究中心的微生物学家Alexander Probst教授的领导下，一个研究小组现在发现了这种特殊基因组序列的另一种功能:古细菌——在外观上通常与细菌非常相似的微生物——也利用它们来对抗寄生虫。该团队最近在《Nature Microbiology》杂志上发表了他们的研究结果。

2020年，生物化学家Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因将CRISPR-Cas系统或“基因剪刀”用于基因工程的生物技术应用而获得诺贝尔奖。然而，这种遗传工具的许多功能至今仍未被探索。例如，微生物是否可以利用它们来对抗寄生在它们身上的其他微生物?

带着这个研究问题，Probst分析了地壳深处微生物的遗传物质。“地球上超过70%的微生物生活在深层生物圈中。他解释说:“如果我们想了解地球上的多样性，就值得深入研究。”

这位微生物学家和他的团队分析了美国间歇泉从深处喷出的水，以及日本地下实验室的样本。研究组重点研究了作为寄主和寄生虫生活在生态系统中的古细菌。这种微小的微生物在细胞大小上与细菌非常相似，但在生理特性上却有很大的不同。

他们的基因组分析结果提供了新的见解:宿主附近的寄生虫明显很少，并且宿主表现出对寄生虫的遗传抗性。研究人员在微生物基因组中的基因剪刀中发现了这一现象的原因。“在进化过程中，古细菌吸收了寄生虫的DNA。如果具有相同DNA的寄生虫现在攻击生物体，那么外来遗传物质可能会被CRISPR系统识别并可能被分解。这位微生物学家是分析环境样本遗传物质的专家，在他的实验室里使用最新的方法，比如牛津纳米孔技术，可以快速、全面地对物质进行测序。

为了排除他们只遇到孤立病例的可能性，研究人员将分析范围扩大到7000多个基因组，并经常观察到这种现象。在未来的研究中，这一发现也将有助于区分有益的共生体和有害的寄生虫。如果已经有了CRISPR识别，那么这种微生物极有可能是寄生虫。这也可能有助于更好地理解重要的代谢过程，比如生态系统中的碳流。

       

参考:作者:Sarah P. Esser、Janina Rahlff、Weishu Zhao、Michael Predl、Julia Plewka、Katharina res、Franziska Wimmer、Janey Lee、Panagiotis S. Adam、Julia McGonigle、Victoria Turzynski、Indra Banas、Katrin Schwank、Mart Krupovic、Till L. V. Bornemann、Perla Abigail Figueroa-Gonzalez、Jessica Jarett、Thomas Rattei、Yuki Amano、Ian K. Blaby、Jan-Fang Cheng、William J. Brazelton、Chase L. Beisel、Tanja Woyke、张颖和Alexander J. Probst, 2023年7月27日，自然微生物学。DOI: 10.1038 / s41564 - 023 - 01439 - 2