隐秘的 CRISPR 军备竞赛

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隐秘的 CRISPR 军备竞赛
6 a0 `) l# m5 y% H) ?来源:生物通 / 作者: / 2017-03-30
5 f, u( l! @, r( z7 a$ s( v' F( }" L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。% i' {3 @- Y: F9 L3 G9 e% ~
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。
' j- q8 a  g4 F. z2 k4 Z4 Q( N2 Q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。0 S# ?* E) `  m3 X
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。
: c- E, f. D( 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。
( Z; q; z9 i6 a3 o* v  `$ |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！
% K/ \" |2 j1 k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。+ q. ^3 {0 R; {, {3 D
无声的战斗! R! K: y) m. x1 R0 q* b  m( v
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。$ [. a6 A( q- l- j/ o6 B
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。
0 C' _- E0 C4 q3 n& w1 N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。- V2 q; }5 Z4 d  P% v
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。
+ _' I6 Z) H6 C  C) ?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。/ W: X2 n; M0 T
一个完美的开关. t( Q) v: i. K& A7 G6 A
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。: ^) A: s) U% A4 O
原文标题：Structure Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR RNA-Guided Surveillance Complex) Q5 r& D% C, h) E% ^+ W7 S% E