Nature：「武林高手」細菌CRISPR系統VS病毒，以快為尊

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CRISPR是規律間隔性成簇短迴文重複序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat）的簡稱，Cas是CRISPR相關蛋白的簡稱。

CRISPR是一種細菌免疫系統。它也是一種強大的基因組編輯工具。在與病毒的鬥爭當中，打響的第一槍通常是注射。想要感染細菌的病毒刺入細菌細胞的保護性細胞壁，注入它自己的遺傳密碼。如今，來自美國洛克菲勒大學的一項新的研究揭示出細菌如何利用CRISPR快速地抵抗這種到來的威脅。這一發現解答了一個由來已久的CRISPR如何發揮作用的難題。相關研究結果於2017年3月29日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「CRISPR–Cas systems exploit viral DNA injection to establish and maintain adaptive immunity」。

科學家們已經了解的基礎事實是：當細菌細胞被病毒DNA入侵時，它的CRISPR系統捕獲病毒的DNA片段（即間隔序列），並對這些DNA片段進行登記。一旦相同的病毒再次入侵，這種CRISPR系統就快速地識別它。

論文通信作者、洛克菲勒大學細菌學實驗室主任Luciano A. Marraffini說，「大約10年來，我們已知道CRISPR系統通過獲取病毒DNA片段發揮作用，但是在CRISPR免疫系統中這種關鍵的步驟在感染期間何時發生仍然是個謎。」他研究當地細菌中的CRISPR系統。

在他的實驗室中開展的實驗揭示出當入侵的病毒一開始將它自己注射到細菌細胞中時，CRISPR就採取行動。

挑剔的CRISPR

為了闡明這種時間安排，Marraffini和他的團隊設計實驗：在不同的時間點上阻止病毒生命周期。博士後研究員Joshua W. Modell和研究生Wenyan Jiang隨後研究了CRISPR系統以便觀察它何時和如何獲得來自病毒的間隔序列（spacer）。

並不是任何病毒DNA都對CRISPR有用。之前的研究已證實，它偏好來自DNA鬆散末端的間隔序列。這種偏好縮小了它的選擇，這是因為病毒DNA僅在感染的某些時間點採取線性形式，而在它的感染的剩餘時間，它的DNA兩個末端連接在一起，形成一種環形結構。

Marraffini團隊在三個時間點上阻止這種病毒感染。但是不論他們在何時阻斷這種感染，CRISPR持續地獲得間隔序列，這表明它從一開始，也就是在病毒注射它的基因組到細菌細胞中的時候，就獲得它們。

早期防禦

這種時間安排比較重要。通過從病毒首先注入細菌細胞中的DNA末端獲得間隔序列，CRISPR確保一旦這種感染下次再次出現，它就攻擊這種病毒。當Marraffini團隊改變CRISPR系統使得它含有與病毒最後注入細菌細胞中的DNA末端相匹配的間隔序列時，病毒仍然能夠增殖。

Modell說，「這就證實CRISPR系統是非常聰明的。它利用病毒生命周期的一點細微差異來儘可能早地阻止病毒感染。」

原始出處：

Joshua W. Modell, Wenyan Jiang, Luciano A. Marraffini.CRISPR–Cas systems exploit viral DNA injection to establish and maintain adaptive immunity.Nature, Published online 29 March 2017, doi:10.1038/nature21719

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