Nature：驚人發現！揭秘CRISPR「前所未有」的防禦機制

7月19日，在線發表於Nature雜誌上題為「Type III CRISPR–Cas systems produce cyclic oligoadenylate second messengers」的研究中，來自瑞士蘇黎世大學等機構的科學家小組發現了細菌抵禦入侵病毒的一種前所未有的防禦機制。

當細菌的免疫系統「不堪重負」時，CRISPR-Cas系統會產生一種化學信號，來激活第二種酶，幫助降解入侵者的遺傳物質。這一過程與人類先天免疫系統的抗病毒機制非常相似。

When a virus is invading a bacterial cell, a defense mechanism called CRISPR-Cas is activated. （Image: arinarici / iStock）

CRISPR-Cas系統是在許多細菌中發現的免疫系統。在這些系統中，免疫力受複雜的多蛋白分子機器（complex multi-protein molecular machinery）調節。分子機器利用RNA分子作為分子嚮導，來識別並破壞入侵者。到目前為止，人們已經知道多蛋白複合物本身具有核酸酶的活性——它能夠直接降解入侵病毒的DNA和RNA。然而，在這一新研究中，科學家們發現了細菌利用CRISPR-Cas系統摧毀入侵者的新機制。

驚人發現：CRISPR-Cas系統竟會產生「第二信使」

CRISPR-Cas系統的靶向機制由源於CRISPR的RNA序列和CRISPR相關的蛋白質（CRISPR-associated proteins，Cas）組成。當CRISPR RNAs識別入侵者的遺傳物質時，Cas蛋白會像分子剪刀一樣「剪開」遺傳物質。

然而，在CRISPR-Cas系統的一個亞型中（Type III CRISPR–Cas），研究人員有了一個驚人的發現。當CRISPR識別入侵者後，它合成了一個「第二信使」（second messenger）：一個小的、環狀RNA分子。這一信號分子能夠在細菌細胞中擴散，激活另一種RNA降解酶Csm6。Csm6然後幫助摧毀病毒的RNA。

意想不到：與人類先天免疫系統抗病毒機制相似

該研究的通訊作者Martin Jinek解釋道：「在這種情況下，當被感染的細菌細胞中的CRISPR-Cas系統變得不堪重負時，它就會通過第二信使發出警報，從另一種防禦機制中獲得幫助，用以消除病毒。」

據悉，由CRISPR-Cas系統產生的第二信使分子此前從未在自然界中被觀察到過。此外，這一新發現的細菌防禦機制與已知的人類先天免疫系統的抗病毒機制有一些意想不到的相似之處。Jinek補充道：「原來，細菌在用一種與人類細胞驚人相似的方式來對抗病毒感染。」

參考資料：

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