細菌休眠機制抑制噬菌體蔓延

| 編譯：羊芷欣 王雪蓓 魏韜 鄭倩望 （華南農業大學 食品學院）

細菌有著各種各樣的防禦機制，用來對抗以它們為目標的噬菌體。其中包括一系列名為CRISPR-Cas的保護性免疫系統。這種防禦系統破壞噬菌體和細菌RNA導致細菌休眠。這樣的休眠不僅可以限制該病毒的傳播，還可以防止不相關的病毒和病毒突變體的侵染。

Meeske等人在《自然》雜誌上發表文章的提出：當遭遇DNA噬菌體的侵染時，有一種CRISPR-Cas系統會破壞病毒和細菌的RNA，隨後導致受感染的細菌細胞進入休眠狀態，從而停止病毒複製所需的細胞生理活動以抑制病毒（包括可逃避其他類型CRISPR-Cas防禦的突變體病毒，或與觸發休眠的病毒無關的病毒）複製和病毒爆發。

CRISPR-Cas系統分為I到VI六種類型。此類系統大多會捕獲、儲存病毒DNA的短序列，將它存檔在遺傳信息中。這些序列用於指導嚮導RNA的合成，使Cas酶能靶向降解病毒DNA或RNA。另外，VI型系統是唯一破壞病毒RNA而非DNA的系統。

為了解休眠機制在抗病毒防禦過程中的意義，Meeske等人使用李斯特菌和DNA噬菌體φRR4對VI型防禦系統進行研究。他們編程了VI型系統，令它指導Cas13靶向不同的φRR4病毒序列，而後分析系統的抗病毒防禦機制。實驗結果發現：當它靶向病毒mRNA時，無論靶向的病毒mRNA是否由病毒複製所必需的基因合成，也無論基因在病毒感染過程中表達早晚，系統都能實現保護。在受感染的細胞中也有大量細菌RNA受到降解，這導致細菌進入休眠狀態，而該細菌細胞存活但不能複製。這表明，具有VI型免疫力的噬菌體感染細菌確實為缺乏抗病毒感染免疫力的相同菌株的鄰近細胞提供了抗病毒交叉保護。

雖然存在病毒突變體可以避開CRISPR-Cas系統的識別的問題，但Meeske等人的研究表明，這種突變病毒的爆發受野生型病毒的限制，因為野生型病毒可直接導致Cas13誘導的細菌休眠，而不需對突變體進行定靶。

Meeske及其同事的研究結果強化證實了CRISPR-Cas防禦系統依賴於環境的觀點。想要更好地了解不同細菌中的各種防禦系統如何應對各類噬菌體，還需要進一步研究。

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