在一項新的研究中，來自美國蒙大拿州立大學、康奈爾大學和約翰霍普金斯大學的研究人員研究了細菌如何抵抗來自病毒的攻擊。相關研究結果于2016年2月10日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Structural basis for promiscuous PAM recognition in type I–E Cascade from E.coli”。蒙大拿州立大學文理學院、農業(yè)學院微生物學與免疫學助理教授Blake Wiedenheft及其研究生Paul B.G. vanErp都是這篇論文的作者。

　　“與人類一樣，細菌也會遭受病毒感染”，Wiedenheft說，“zui近，我們發(fā)現(xiàn)細菌有復雜的被稱作CRISPRs(clustered regularly-interspaced short palindromic repeats，成簇的規(guī)律間隔性短回文重復序列)的免疫系統(tǒng)，我們的研究工作旨在了解這些免疫系統(tǒng)是如何工作的。”

　　多年來，科學家們就已知道細菌具有抵抗病毒入侵的能力，但認為它們的免疫系統(tǒng)較為原始。然而，zui近幾年發(fā)現(xiàn)的CRISPRs讓人們改變了這種觀念。

　　“CRISPRs能夠讓細菌記住之前遇到的病毒，一旦隨后再次遇到相同的病原體，就能夠快速發(fā)起免疫反應”，Wiedenheft說，“這在概念上類似于我們自己的免疫系統(tǒng)。”

　　這項研究有助理解CRISPRs如何區(qū)分自我的遺傳物質和病毒的DNA。如果沒有這種區(qū)分能力，那么這種抗病毒方法會破壞宿主細胞。

　　“[若不能區(qū)分，那么]靶向儲存在細菌基因組中的外源DNA將會導致殺死細菌或者至少讓細菌患病的自身免疫反應。這項研究解釋了大腸桿菌中的這種免疫系統(tǒng)如何區(qū)分該細菌自身的遺傳物質和病毒的遺傳物質。”

　　“這種與來自康奈爾大學和約翰霍普金斯大學的科學家們的合作是一個的機會產生越來越多的旨在理解DNA檢測機制的論文。這種合作為這個領域未來的一些研究工作奠定基礎”，van Erp說。

　　為了理解這些免疫系統(tǒng)如何區(qū)分“自我”的DNA和“非自我”的DNA，研究人員使用了一種被稱作X射線晶體分析法的技術構建出大腸桿菌免疫系統(tǒng)的CRISPR相關抗病毒防御復合體(CRISPR-associated complex for antiviral defence, Cascade)識別外源DNA片段時的詳細結構圖。

　　“這些結構圖，在概念上類似于建筑施工圖，解釋了這些抗病毒防御復合體如何發(fā)揮作用”，Wiedenheft說，“我們如今正在試圖利用這些結構圖改造這種系統(tǒng)用于大自然未曾想到的應用。”

　　理解細菌中的CRISPRs如何發(fā)揮作用有助開發(fā)一種變革性的深刻影響生物技術和醫(yī)學的新技術。在細菌中，CRISPRs結合到外源DNA上，并進行切割，從而阻止它在細菌細胞中建立感染。Wiedenheft說，地理解這種系統(tǒng)如何發(fā)揮作用能夠讓科學家們“改變這些DNA切割系統(tǒng)的用途以便在DNA上進行外科手術”。

　　他說，“如今，CRISPR系統(tǒng)已被用于人細胞中，而且我們也能夠對這些系統(tǒng)進行編程以便切除和修復人細胞中存在缺陷的DNA。”

　　這些技術有潛力用來治療遺傳性疾病，如肌肉營養(yǎng)不良和囊性纖維化。目前，在美國和海外，有大量的商業(yè)資金投資于CRISPRs的應用上。

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