Science最新揭秘：除了CRISPR，細菌體內還存在超10種免疫防禦系統

圖片來源：網路

數十億年來，細菌一直運用複雜的防禦體系保護自己免受噬菌體的入侵。人類通過解析這些免疫機制，研發出強大的分子生物學工具，例如耳熟能詳的限制性內切酶、CRISPR/Cas9。然而，這只是「冰山一角」。

1月15日，《Science》期刊一篇最新文章揭示，科學家們在細菌體內發現了超10種免疫機制，是已知免疫防禦體系的兩倍多。

圖片來源：期刊（DOI:10.1126/science.aar4120）

最新發現

來自於以色列Weizmann研究所的分子遺傳學家Rotem Sorek帶領團隊試圖全面解析細菌的免疫防禦系統。他們分析了來自於細菌、古生菌約45000個基因組，研究了位於 「防禦島」（defense islands，已被證實的防禦基因）附近的基因群。

研究人員針對這些看起來很有前途的候選基因構建出相應的細菌模型，隨後用大量的噬菌體檢測這些基因的防禦功能。

在他們測試的26個抗噬菌體系統中，有9個被證實參與抗病毒機制，另外有1個與防禦質粒（plasmid）有關。Rotem Sorek團隊用神話里的保護神命名這些系統，例如Druantia、Kiwa等。

儘管其他16個系統並沒有在試驗中很好地躲過病原體的入侵，但是它們仍然有可能是有效的防禦系統。「這些系統可能額外需要一些編碼基因，或者相關啟動子等元素在細菌模型中不能正常工作。」研究人員解釋道。

一些線索

宏觀上講，Rotem Sorek團隊並沒有發現這些免疫系統保護細菌免受噬菌體入侵的具體機制，但是，他們發現了一些關於它們工作原理的線索：

1）「Theoris」系統（以埃及負責分娩、生育的保護神而命名）包含一個TLR受體區域，負責調控細胞內信號蛋白的互作，之前研究證實它與調控RNA干擾（RNAi）的原核Argonaute基因有關聯。

2）「Zorya」系統被發現含有一個質子通道的組成元素。「我們初步證實，一旦細菌被感染，質子通道可能會『自殺』，從而促使細胞膜去極化。」Sorek表示。

研究意義

研究人員認為，一旦了解免疫防禦的機制，其中的關鍵分子/蛋白將有望被分子生物學加以運用，從而助力生命醫學發展，要知道當下熱門的「魔剪」技術CRISPR最初就是細菌體內的一套天然免疫系統，此外，很多核酸工具酶同樣來源於微生物。

Sorek 相信：「只要發現一個複雜的免疫系統，並最終解析它的機制，就有望被開發成一個非常有效的工具。」

「從科學的角度看，這項研究很酷。」 北卡羅來納州立大學的CRISPR研究員Rodolphe Barrangou對此評價道，「很明顯，隨著對免疫機制的深入挖掘，我們將收穫具有強大潛能的分子工具。CRISPR的替代方案越多則越好。」

參考資料：

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