Nature：酶Cas13通過讓宿主細菌進入休眠來阻止病毒增殖

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不能殺死細菌的東西讓細菌變得更強大。一種被細菌用來對抗病毒的酶不僅靶向這種病毒，還靶向細菌本身。這種酶讓細菌進入休眠狀態，使得它成為病毒不適宜增殖的地方。在一項新的研究中，來自美國洛克菲勒大學的研究人員報道這可保護細菌免受突破其他免疫防禦的突變病毒的侵害。相關研究結果近期發表在Nature期刊上，論文標題為「Cas13-induced cellular dormancy prevents the rise of CRISPR-resistant bacteriophage」。

論文通訊作者、洛克菲勒大學霍華德休斯醫學研究所分子生物學家Luciano Marraffini說，解除宿主細胞的武裝或者殺死宿主細胞是一種常見的免疫系統策略，但是這項新的研究首次證實它可用於細菌CRISPR防禦。

這種稱為Cas13的酶於2015年被發現，是一個包括Cas9在內的蛋白家族中的一員，其中Cas9是一種以其在基因編輯中的作用而聞名的酶。比如，在流行的基因編輯工具CRISPR中，科學家們使用Cas9插入或修飾特定基因。在自然界中，Cas蛋白是細菌免疫系統的關鍵部分。它們通過切割入侵者的DNA或RNA來讓感染細菌的病毒（即噬菌體）失效。

科學家們已知道Cas13在這個蛋白家族中有點奇怪。如果Cas9是一把手術刀，那麼Cas13更像是一把彎刀。它切割特定的靶向位置，但是也會大肆進行脫靶切割。與大多數Cas蛋白不同的是，它能夠切割RNA，但不能切割DNA。

論文第一作者、洛克菲勒大學細菌學實驗室的Alexander Meeske說道，「Cas13已經成為一種非常強大的診斷工具。」人們能夠利用它快速地鑒別患者血液中的病毒，甚至是那些以非常低水平存在的病毒。他說，「我們並不知道的是Cas13的行為如何影響細菌免疫力。」

如今，他和他的同事們發現Cas13看似隨意的切割是一種有價值的細菌防禦工具。雖然大多數Cas酶通過阻止病毒增殖來保護細菌，但是Cas13讓細菌宿主本身不再發揮功能，即進入休眠狀態。

這很重要，這是因為病毒很容易逃避CRISPR系統---僅僅Cas酶靶向的基因組區域發生單個基因突變就能夠讓病毒對免疫系統不可見。這些研究人員發現Cas13能夠捕獲那些潛在的「逃逸」病毒。

首先，Meeske和他的同事們分析了Cas13如何影響RNA。他們發現，這種酶廣泛地切割RNA，分解病毒和宿主細胞產生的RNA。即使Cas13切割了病毒完全可以丟棄的RNA區域，病毒仍然無法增殖。這表明宿主細胞以某種方式關閉病毒增殖。

當Meeske隨後設計出Cas13無法識別的突變病毒時，這些病毒在李斯特菌細菌內大量增殖。但是，一起添加正常的未發生突變的病毒和發生突變的病毒實際上保護了這些細菌細胞免受病毒感染---它們讓Cas13開動馬力並切割細胞中的所有RNA。他說，「這是如此違反直覺和令人驚訝！」

在沒有RNA的情形下，這些細菌細胞就不能繼續生長和發揮功能。在不能發揮功能的細菌細胞中，突變病毒也無法增殖。

Meeske說，目前還不清楚細菌細胞是否可以從這種休眠狀態中恢復過來，或者它們是否最終會死亡。但是通過阻止病毒複製，這些細菌細胞保護更大的細菌群體免受病毒威脅。

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