Mol Cell：細菌如何利用CRISPR系統產生「記憶力」？

2017年1月5日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登在國際雜誌Molecular Cell上的一項研究報告中，來自洛克菲勒大學等機構的研究人員通過研究發現，某些細菌能夠產生記憶力，同時研究者還發現了一種特殊方法，這種方法能夠促使細菌更加頻繁地編碼記憶。

研究者Luciano Marraffini表示，CRISPR是很多細菌都擁有的一種自我適應性的免疫系統，其能夠通過通過儲存DNA碎片來幫助細菌對病毒進行識別；但在自然界中，這些記錄性事件往往很少發生。文章中研究者鑒別出了一種特殊的單一突變，其能夠誘發細菌細胞獲得對病毒的記憶信息，而這種獲取病毒記憶信息的效率是自然狀態下的100多倍，這種突變還能夠用作實驗室進行研究的重要工具，幫助促進科學家們開發基於DNA的數據存儲設備。

如果被細菌的CRISPR系統記錄的病毒再次出現，一種名為Cas9的酶類就能夠對病毒實施破壞，當然細菌中CRISPR-Cas9系統也被很多研究者們用作精準化的基因編輯，與此同時研究者們還在尋找該系統的很多潛在應用。這項研究中，研究者隨機將突變引入到編碼Cas9的基因中，他們發現，其中一種突變能夠促進細菌更加容易獲得遺傳記憶信息，在正常情況下，如果研究者將10萬個細菌細胞暴露到相同潛在的致死性病毒中，僅會有一個細菌細胞獲取DNA碎片來使得細菌在後期免於病毒的攻擊，而當研究者對細菌進行工程化操作使其攜帶新型突變後，這種成功獲取信息的比率就會增加到千分之一。

目前CRISPR系統有很多潛在的應用，某些合成生物學家認為，類似於CRISPR的系統能夠被用來捕獲和神經元活性相關的信息，同時還能夠幫助研究細胞對環境刺激或者轉移性癌細胞運動的反應。儘管目前研究者在開發基於CRISPR的記錄系統上還存在諸多障礙，但本文研究中他們發現的細菌特殊突變或許就有望幫其實現最終的研究目的。

當然本文研究還提出了很多問題，比如如果這種突變能夠使得細菌更加有效地進行自我防禦，那麼為何細菌不會通過進化來自然攜帶這些突變呢？這或許就是CRISPR的一種權衡機制了。儘管這種系統能夠幫助細菌自我防禦，但有時該系統也會出錯，最終引發細菌自我毀滅。（生物谷Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉發，轉載需授權！點擊獲取授權。更多資訊請下載生物谷APP.

doi:10.1016/j.molcel.2016.11.031

PMC:

PMID:

Mutations in Cas9 Enhance the Rate of Acquisition of Viral Spacer Sequences during the CRISPR-Cas Immune Response

Robert Heler1, Addison V. Wright2, Marija Vucelja3, David Bikard1, 9, Jennifer A. Doudna2, 4, 5, 6, 7, 8, Luciano A. Marraffini1, 10,