隐秘的 CRISPR 军备竞赛

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隐秘的 CRISPR 军备竞赛
' z8 j. O1 f/ M: v+ h. `; R( T来源:生物通 / 作者: / 2017-03-30
7 d: e0 J6 y& E7 ~6 K9 d许多细菌都能对抗病毒感染。它们有一个 RNA 介导的 “免疫系统”，叫做 CRISPR Cas。利用 CRISPR 的天然属性（降解病毒 RNA），科学家们几乎能去除任何生物中的任何基因。: @" m- s6 y# m4 h; v6 p' G
CRISPR 系统中，最赫赫有名的无疑当属 CRISPR-Cas9。然而，共计 19 种不同类型的 CRISPR Cas，每一种都可能具备独特的遗传工程优势。它们是一个庞大的未开发的基因组编辑工具。我们越了解这些系统的构造，便越能更好的利用它们。( B4 }  G5 V* E% S' [
细菌 CRISPR 系统的核心部分是一个复杂的监控复合体，它能够识别病毒 DNA 然后捣毁它们。
# B) L$ y+ o( t; J但病毒也会反击。它们会利用一些 anti-CRISPR 蛋白使监控复合体丧失能力。
% I# d3 u( }+ Q$ O6 F在此之前，没有人知道病毒的 anti-CRISPR 蛋白是如何工作的。来自 Scripps 研究所 (TSRI) 的 Gabriel C. Lander 团队和蒙大拿州立大学的 Blake Wiedenheft 合作发表了一篇文章，第一次描述了 anti-CRISPR 蛋白的附着方式，揭示了它们攻占细菌防御系统的过程。9 b: ]  x4 c5 x2 \, [; X
anti-CRISPR 蛋白不仅能够锁定细菌识别、攻击病毒基因组的能力，甚至还玩起了模仿秀，欺骗 CRISPR，使其脱靶！
; X9 `# D1 q! Q这些微小的精密系统的相互作用，简直是一场进化军备竞赛，Lander 说。+ o: e7 L, Q% O) B, a/ P  J# i
无声的战斗
, f5 K3 u( N" F7 n+ e2 O3 Z+ ~1 }研究人员通过低温电子显微镜（Eryo-EM）的高分辨率成像技术，发现了 CRISPR 和 anti-CRISPR 系统中一些不为人知的现象。$ U' j$ T" y/ P+ ]( E
首先研究人员看到了 CRISPR 监控复合体分析病毒遗传物质弱点的方式。复合体内的蛋白质像手一样，紧紧抓住围绕在周围的 CRISPR RNA，并暴露出一些特别的细菌 RNA 区域，这些区域负责扫描病毒 DNA，快速寻找它们能够识别的基因序列。一旦 CRISPR 复合体鉴定出病毒 DNA 靶标，这个 “监控机” 立即开始招募其他负责捣毁病毒基因组的分子。: g9 W1 i- c  f8 {
接下来研究人员开始分析病毒的 anti-CRISPR 蛋白质如何麻痹细菌监控复合体。他们发现，有一种类型的 anti-CRISPR 蛋白默默的附着在 CRISPR RNA 的暴露区域，以 “身体” 遮挡的方式阻止 CRISPR 系统对其扫描。2 a! [' ]  g% i
科学家们解释道，这些 anti-CRISPR 蛋白异常聪明。因为它们竟然找到了 CRISPR 监控系统中最关键的部分。如果强行阻止 anti-CRISPR 蛋白的附着，整个 CRISPR 系统甚至有可能 “翻车”。 除非改变 DNA 识别机制，否则细菌的 CRISPR 系统将无法阻止病毒的 “聪明” 防御。4 G, u1 A# y: Y% l5 h
还有一种 anti-CRISPR 蛋白，对 CRISPR 使用了不同的计谋。通过分析它的位置和所带的负电荷，研究人员认为这种 anti-CRISPR 蛋白能够模仿 DNA。愚弄 CRISPR 来与它们结合，吸引火力，解救病毒 DNA。* M# e- ]. k# H
一个完美的开关3 l- d* s, x1 T
研究人员相信，这些新的发现将提示我们构建更加复杂和高效的基因编辑工具。比如，在 CRISPR 系统中添加 anti-CRISPR 蛋白，以便随时阻断基因的降解。或者，通过调控 anti-CRISPR 蛋白的表达控制基因编辑的起始。
2 t& m! M& L& H8 v原文标题：Structure Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR RNA-Guided Surveillance Complex7 z0 `9 P# U  `* Q: z4 v