重磅！科學家質疑巨病毒存在類似CRISPR/Cas的系統

2016年7月8日/生物谷BIOON/--在很多細菌中發現的CRISPR/Cas免疫防禦系統，因其能夠簡單地而又優雅地編輯宿主基因組，而成為時下最火熱的生物技術，在近期產生一大批發現。在今年3月，來自法國艾克斯-馬賽大學的Didier Raoult和同事們發表一篇論文，指出一種被稱作mimivirus的巨病毒（giant virus）擁有一種類似於CRISPR系統的被稱作mimivirus噬病毒體抵抗元件（mimivirus virophage resistance element, MIMIVIRE）的噬病毒體抵抗機制（Nature, 10 March 2016, doi:10.1038/nature17146）。而在上個月發表在Virologica Sinica期刊上的一篇論文中，來自法國國家科學研究院（CNRS）的Jean-Michel Claverie和Chantal Abergel對這種觀點提出挑戰。

Claverie和Abergel在他們的論文中寫道，「MIMIVIRE並不類似於CRISPR-Cas系統，並不能夠作為一種核酸識別系統發揮作用，也不可能擁有一種真正的適應性免疫系統所擁有的所有性質。」

Claverie和Abergel繼續質疑這種噬病毒體抵抗機制到底是不是基於核酸的。他們提出蛋白可能干擾這種抵抗噬病毒體的mimivirus中的噬病毒體複製。

巨病毒因大的尺寸和巨大的基因組而得名。它們棲息在阿米巴變形蟲中，而且能夠被噬病毒體感染。Raoult和同事們在1992年在研究一座水冷卻塔中的肺炎暴發時發現了mimivirus的病毒科Mimiviridae。他們起初把它們錯認為是細菌，但是實際上是病毒。

為了驗證提出的一個假設：mimivirus擁有一種類似於在細胞中發現的CRISPR/Cas系統的防禦機制，Raoult和同事們對45種新的mimivirus毒株的DNA進行測序。他們在60種mimivirus的基因組中尋找能夠與在Zamilon---一種感染一些mimivirus毒株（譜系B和C）的噬病毒體---基因組中發現的序列相匹配的序列。他們發現屬於譜系A的mimivirus毒株抵抗Zamilon感染，含有Zamilon基因組中的一個重複序列，他們將它稱作為MIMIVIRE。當讓這個重複序列沉默時，他們發現這能夠讓這種病毒容易遭受噬病毒體感染。

但是，Claverie和Abergel聲稱這種mimivirus防禦機制一點都不像CRISPR系統。首先，mimivirus基因組和噬病毒體複製發生在相同的地方，「這就不可能獲得基於的核酸的免疫系統」。再者，CRISPR代表著規律間隔性成簇短迴文重複序列，而MIMIVIRE序列「並不是規律間隔性的，而且在兩側也不存在可識別的重複序列」。最後，與MIMIVIRE序列相對應的Zamilon序列缺乏被稱作前間隔序列鄰近基序（protospacer adjacent motif, PAM）的序列，其中細菌宿主通常利用這一序列區分病原體DNA和它們自己的DNA。

Raoult告訴《科學家》雜誌，「它當然不是CRISPR。這是一種類比，而不存在同源性。」

其他沒有參與這項研究的病毒學家也贊同Claverie和Abergel提出的批評意見。

來自美國洛克菲勒大學的Luciano Marraffini在寫給《科學家》雜誌的電子郵件中寫道，「儘管MIMIVIRE明顯作為一種抗噬病毒體系統發揮作用，但是它似乎缺乏CRISPR-Cas系統的一些典型特徵，如存在被短病毒序列間隔開的重複序列陣列，使用短片段RNA作為嚮導RNA。」

來自美國北卡羅萊納州立大學的Rodolphe Barrangou對此表示贊同。他在寫給《科學家》雜誌的電子郵件中寫道，認為MIMIVIRE系統類似於CRISPR「走得太遠了」。

另一種批評意見最初是由研究論壇PubPeer上的一名匿名的評論員提出的。它指出Raoult和同事們的研究缺乏RNA沉默對照實驗，因而不能排除觀察不到噬病毒體感染可能是由於mimivirus只是未發生複製。

Barrangou說，「並沒有存在CRISPR，也不存在Cas。對MIMIVIRE而言，這種類似性存在著偶然因素。我殷切希望科學家們保持開放心態，但是他們未免想像得有點兒太豐富了。」（生物谷 Bioon.com）

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CRISPR-Cas-like system in giant viruses: why MIMIVIRE is not likely to be an adaptive immune system

Jean-Michel Claverie, Chantal Abergel

MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage

doi:10.1038/nature17146

Anthony Levasseur,

Meriem Bekliz,

Eric Chabrière,

Pierre Pontarotti,

Bernard La Scola

& Didier Raoult

Since their discovery, giant viruses have revealed several unique features that challenge the conventional definition of a virus, such as their large and complex genomes, their infection by virophages and their presence of transferable short element transpovirons1, 2, 3, 4, 5. Here we investigate the sensitivity of mimivirus to virophage infection in a collection of 59 viral strains and demonstrate lineage specificity in the resistance of mimivirus to Zamilon6, a unique virophage that can infect lineages B and C of mimivirus but not lineage A. We hypothesized that mimiviruses harbour a defence mechanism resembling the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)-Cas system that is widely present in bacteria and archaea7, 8, 9, 10. We performed de novo sequencing of 45 new mimivirus strains and searched for sequences specific to Zamilon in a total of 60 mimivirus genomes. We found that lineage A strains are resistant to Zamilon and contain the insertion of a repeated Zamilon sequence within an operon, here named the 『mimivirus virophage resistance element』 (MIMIVIRE). Further analyses of the surrounding sequences showed that this locus is reminiscent of a defence mechanism related to the CRISPR–Cas system. Silencing the repeated sequence and the MIMIVIRE genes restores mimivirus susceptibility to Zamilon. The MIMIVIRE proteins possess the typical functions (nuclease and helicase) involved in the degradation of foreign nucleic acids. The viral defence system, MIMIVIRE, represents a nucleic-acid-based immunity against virophage infection.

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