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    為了遏制感染,細菌會對自己進行防御

    有時候,對敵對入侵者的最佳防御是長時間的良好打盹。或者至少,這種策略似乎適用于細菌。

    自然界描述的一項新研究中,洛克菲勒科學家表明,病毒攻擊下的微生物不僅會對敵人進行防御,還會對自身進行防御。研究人員發現,這種極端措施不會殺死細菌,而是將它們送入休眠狀態,防止感染擴散。

    惡毒的病毒

    在細菌中,稱為噬菌體的病毒是公敵。

    這些病原體通過將其基因組注射到毫無疑問的微生物中而繁殖,最終導致其宿主細胞破裂,此時釋放后代噬菌體以感染細菌菌落的其他成員。

    為了緩解這些攻擊,細菌已經進化出被稱為CRISPR的免疫機制,或者聚集在一起的有規律的間隙短回文重復序列,這些重復序列在相關的Cas酶的幫助下,可以檢測和破壞外來遺傳物質。

    微生物擁有許多不同的CRISPR系統,其中一個由于其抵御入侵者的獨特策略而引起了Luciano Marraffini的注意。盡管大多數Cas酶破壞病毒DNA,但這種特殊的酶Cas13通過切割RNA起作用。

    “由于Cas13靶向RNA,它最初被認為已經進化為阻礙具有RNA基因組的噬菌體。問題是,RNA噬菌體非常罕見,”他說。“所以我們想知道它是否可能已經發展成為一種不同的功能?!?/span>

    與Helen Hay Whitney博士后同事亞歷山大·梅斯克(Alexander Meeske)合作,Marraffini表明Cas13的激活實際上可以保護細菌免受DNA基因組的噬菌體的侵害,這種情況更常見。但是,他們想知道,一種RNA切割酶如何真正防御這種病毒的微生物?

    通過一系列實驗,研究人員發現Cas13可以通過阻礙細菌來幫助細菌。也就是說,酶會切斷宿主RNA的一部分,使細菌進入休眠狀態 - 一種微生物保持存活但不生長的休息狀態。Meeske說,這種策略很有效,因為病毒需要宿主RNA才能復制。

    “噬菌體是寄生蟲:它們沒有傳播所需的所有元素,因此它們依賴宿主,”他解釋道。“如果宿主細胞沒有制造這些元素,那么噬菌體就無法繁殖?!?/span>

    無處可逃

    研究人員還發現Cas13比其他Cas酶更徹底地殺死病毒。標準CRISPR-Cas系統具有高度特異性,可切割與精確基因序列匹配的DNA。雖然這種特異性可能是一種資產,但它也有一個很大的缺點:如果病毒發生變異,CRISPR就無法識別入侵者,并且噬菌體無法逃脫。

    “如果噬菌體的靶序列中有一個單點突變,那么通常病毒就會被Cas看不見,感染就會成功,”馬拉菲尼說。“但是對于Cas13,我們沒有看到任何突變的突變體?!?/span>

    研究人員將這種極好的抗病毒能力歸因于細胞休眠不針對某種特定病毒的事實,而是使任何噬菌體 - 包括突變體 - 無法繁殖。雖然無限期午睡可能看起來不像微生物的生命,但Meeske指出,Cas13的真正好處不在于個體水平,而在于細菌群落的整體水平。

    “噬菌體只有一次能夠傳遞其基因有效載荷并進行復制,”他說。“因此,如果他們將自己的基因組注射到一個原因不合適的寄主中,那么感染就會停止。噬菌體會失去,細菌群就會獲勝?!?/span>

    故事來源:

    材料洛克菲勒大學提供,傳秋生物。


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