有時(shí)候，對(duì)抗敵對(duì)入侵者的最佳防御是長(zhǎng)時(shí)間的午睡。至少，這個(gè)策略似乎適用于細(xì)菌。
在《自然》雜志描述的一項(xiàng)新研究中，洛克菲勒的科學(xué)家表明，被病毒攻擊的微生物不僅會(huì)防御敵人，還會(huì)保護(hù)自己。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種極端措施不會(huì)殺死細(xì)菌，而是讓它們進(jìn)入休眠狀態(tài)，以防止感染擴(kuò)散。
惡意病毒在細(xì)菌中，被稱為噬菌體的病毒是公敵。這些病原體通過(guò)將它們的基因組注射到毫無(wú)疑問(wèn)的微生物中來(lái)繁殖，最終導(dǎo)致它們的宿主細(xì)胞破裂，此時(shí)后代噬菌體被釋放出來(lái)感染細(xì)菌群體的其他成員。
為了緩解這些攻擊，細(xì)菌進(jìn)化出了一種叫做CRISPR的免疫機(jī)制，即聚集在一起的規(guī)則短回文重復(fù)序列，它可以在相關(guān)Cas酶的幫助下檢測(cè)和破壞外來(lái)遺傳物質(zhì)。
微生物有許多不同的CRISPR系統(tǒng)，其中一個(gè)吸引了盧西亞諾馬拉菲尼的注意，因?yàn)樗?dú)特的抵抗入侵者的策略。雖然大多數(shù)Cas酶會(huì)破壞病毒DNA，但這種特殊的酶Cas13是通過(guò)切割RNA起作用的。
“因?yàn)镃as13的目標(biāo)是RNA，所以最初認(rèn)為它已經(jīng)進(jìn)化成了一種可以阻斷RNA基因組的噬菌體。問(wèn)題是RNA噬菌體非常罕見(jiàn)，”他說(shuō)。"所以我們想知道它是否已經(jīng)發(fā)展成一種不同的功能."
在與Helen Hay Whitney的博士后同事Alexander Meeske的合作中，Marraffini展示了Cas13的激活實(shí)際上可以保護(hù)細(xì)菌免受更常見(jiàn)的DNA基因組噬菌體的侵害。然而，他們想知道，一種核糖核酸切割酶如何真正抵御這種病毒微生物？
通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)Cas13可以通過(guò)阻斷細(xì)菌來(lái)幫助細(xì)菌。也就是說(shuō)，這種酶會(huì)切斷宿主RNA的一部分，讓細(xì)菌進(jìn)入休眠狀態(tài)——微生物保持存活但不生長(zhǎng)的休眠狀態(tài)。Meeske說(shuō)，這種策略非常有效，因?yàn)椴《拘枰拗鱎NA來(lái)復(fù)制。
“噬菌體是寄生蟲(chóng)：它們沒(méi)有傳播所需的所有元素，所以它們依賴于宿主，”他解釋說(shuō)?！叭绻拗骷?xì)胞不制造這些元素，那么噬菌體就無(wú)法繁殖?！?
無(wú)法逃脫
研究人員還發(fā)現(xiàn)，Cas13比其他Cas酶更徹底地殺死病毒。標(biāo)準(zhǔn)的CRISPR-Cas系統(tǒng)具有高度特異性，它可以切割出與精確基因序列相匹配的DNA。雖然這種特異性可能是一種資產(chǎn)，但它也有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：如果病毒發(fā)生變異，CRISPR無(wú)法識(shí)別入侵者，噬菌體也無(wú)法逃脫。
“如果噬菌體的目標(biāo)序列中存在單點(diǎn)突變，那么Cas通?？床坏讲《?，感染就會(huì)成功，”Maraffini說(shuō)?！暗菍?duì)于Cas13，我們沒(méi)有看到任何突變體。”
研究人員將這種出色的抗病毒能力歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即細(xì)胞休眠并不針對(duì)特定的病毒，而是使任何噬菌體——包括突變體——無(wú)法繁殖。雖然不確定的午睡可能看起來(lái)不像微生物生活，但Meeske指出，Cas13的真正好處不在于個(gè)體水平，而在于細(xì)菌群落的整體水平。
“噬菌體可以轉(zhuǎn)移其基因有效載荷，并且只復(fù)制一次，”他說(shuō)?！耙虼耍绻麄円圆磺‘?dāng)?shù)睦碛蓪⒆约旱幕蚪M注射到宿主體內(nèi)，感染就會(huì)停止。噬菌體會(huì)輸，細(xì)菌會(huì)贏?！?
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