通過對遺傳工具CRISPR(可以直接編輯我們的基因)如何進化和適應的新見解，我們現(xiàn)在離理解自然界不斷為生存而斗爭的基礎(chǔ)又近了一步。研究結(jié)果可用于未來的生物技術(shù)。
2020年，諾貝爾化學獎授予了伊曼紐爾夏彭蒂埃(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗杜德(Jennifer A. Doudna)，他們發(fā)現(xiàn)了CRISPR-Cas背后的分子機制，并將這一技術(shù)用作遺傳工具。雖然CRISPR-Cas在生物技術(shù)和醫(yī)學中有許多用途，但它起源于自然界，在自然界中具有微生物免疫系統(tǒng)的功能。
正如我們的免疫系統(tǒng)記得已經(jīng)暴露在我們生活中的病原體一樣，CRISPR-Cas使微生物能夠通過在自己的基因組中儲存少量病毒脫氧核糖核酸，對以前遇到的病毒做出快速反應。
CRISPR-Cas自然存在于大多數(shù)細菌和所謂的古細菌中。在考察地球生命起源時，古細菌特別有趣，因為它們在細菌和像我們這樣的高等真核生物細胞之間形成了“缺失的聯(lián)系”。因此，對這些生物的研究可以為我們提供關(guān)于CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)是如何進化上億年的重要見解。
新的結(jié)果揭示了為什么CRISPR-Cas基因中存在毒素。
奧胡斯大學分子生物學和遺傳學系的研究人員的新研究成果——與美國弗吉尼亞州哥本哈根大學和老米農(nóng)大學的領(lǐng)先研究人員密切合作獲得，并發(fā)表在兩個領(lǐng)先的國際期刊上——現(xiàn)在揭示了CRISPR-Cas是如何在地球生命發(fā)展的早期階段出現(xiàn)的，以及這種免疫系統(tǒng)是如何不斷適應新挑戰(zhàn)的。
由副教授Ditlev E.Brodersen領(lǐng)導的奧胡斯研究小組發(fā)現(xiàn)，負責將外來病毒DNA摻雜到微生物自身基因組中的CRISPR-Cas的一部分是如何起源于細菌和古細菌中另一個非常常見的基因，并令人驚訝地編碼毒素的。
因此，新的知識為進化過程提供了見解，在進化過程中，毒素基因存在于生命發(fā)展的早期階段，隨著時間的推移，它被整合并適應到CRISPR-Cas模塊的一部分，這是許多微生物迄今為止所擁有的。我們第一次有了一個長期困擾研究者的答案，那就是為什么毒素基因存在于CRISPR-Cas基因中。
研究人員了解一些蛋白質(zhì)如何在幾種不同的情況下被“回收”是非常有用的。因為當我們知道某些蛋白質(zhì)的所有功能時，就有可能將其作為基因工程中的一種特定工具。例如，它可能會導致病原菌將其CRISPR-Cas系統(tǒng)引向自身，從而避免感染。"
在著名雜志《自然通訊》上發(fā)表的另一篇文章中，研究人員描述了新的發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)為代表他們最大敵人的微生物和病毒之間的持續(xù)斗爭提供了見解。
在沸騰的冰島水坑中，有一種非常特殊的生物，即名為孤島硫藻的古細菌。這種細菌已經(jīng)適應了這個地方的生活。這種細菌的恒溫溫度為80-100，酸度相當于胃酸，是地球上最荒涼的地方之一。
然而，即使硫桿菌選擇了一個非常沒有吸引力的生存環(huán)境，它仍然會遇到阻力，尤其是小桿狀病毒不斷在細胞上穿孔，并將其外來的DNA注入其中，導致了硫桿菌的爆炸。大量的新病毒顆粒。為了避免這種命運，磺基龍蝦開發(fā)了一個CRISPR-Cas防御系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，它在自己的基因組中存儲了一小部分病毒脫氧核糖核酸，以抵御這些攻擊。
然而，在不斷升級的生死之爭中，病毒提出了一個對策：它設(shè)法通過生產(chǎn)一種小武器來對付它，這種小武器是一種抗CRISPR蛋白，可以像翻轉(zhuǎn)一輛蘋果汽車一樣，在硫桿菌中阻止CRISPR-Cas反應。
奧胡斯大學迪特列夫e布羅德森小組的新成果是與哥本哈根大學生物系副教授徐鵬密切合作產(chǎn)生的。這是第一次證明這場斗爭是如何在沸騰的水池中發(fā)生的。
研究人員已經(jīng)能夠看到抗CRISPR蛋白如何與CRISPR-Cas系統(tǒng)中最大的蛋白牢固結(jié)合，從而直接防止其破壞病毒DNA。這樣，病毒至少繞過了一段時間，被CRISPR-Cas擊敗。新的結(jié)果使科學家能夠理解自然界正在進行的軍備競賽，以及生命的進化是一場持續(xù)的生存斗爭這一事實。
——“我們現(xiàn)在知道了抗CRISPR蛋白如何阻斷CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)的細節(jié)，所以問題是這場軍備競賽的下一步。”列夫布羅德森說?！耙苍S微生物會開始形成抗CRISPR蛋白，這是第三種可以阻止抗CRISPR蛋白發(fā)揮作用的蛋白，但我們還沒有在古細菌中發(fā)現(xiàn)它們。所以現(xiàn)在，這種情況又開始了。列夫布羅德森說，“磺基龍蝦占了一半”，“冷戰(zhàn)在沸騰的水池里總是熱的”。
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