為了遏制被感染的細菌 他們會自衛(wèi)

有時候，對抗敵對入侵者的最佳防御是長時間的午睡。至少，這個策略似乎適用于細菌。

在《自然》雜志描述的一項新研究中，洛克菲勒的科學家表明，被病毒攻擊的微生物不僅會防御敵人，還會保護自己。研究人員發(fā)現，這種極端措施不會殺死細菌，而是讓它們進入休眠狀態(tài)，以防止感染擴散。

惡意病毒在細菌中，被稱為噬菌體的病毒是公敵。這些病原體通過將它們的基因組注射到毫無疑問的微生物中來繁殖，最終導致它們的宿主細胞破裂，此時后代噬菌體被釋放出來感染細菌群體的其他成員。

為了緩解這些攻擊，細菌進化出了一種叫做CRISPR的免疫機制，即聚集在一起的規(guī)則短回文重復序列，它可以在相關Cas酶的幫助下檢測和破壞外來遺傳物質。

微生物有許多不同的CRISPR系統(tǒng)，其中一個吸引了盧西亞諾馬拉菲尼的注意，因為它獨特的抵抗入侵者的策略。雖然大多數Cas酶會破壞病毒DNA，但這種特殊的酶Cas13是通過切割RNA起作用的。

“因為Cas13的目標是RNA，所以最初認為它已經進化成了一種可以阻斷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已經發(fā)展成一種不同的功能."

在與Helen Hay Whitney的博士后同事Alexander Meeske的合作中，Marraffini展示了Cas13的激活實際上可以保護細菌免受更常見的DNA基因組噬菌體的侵害。然而，他們想知道，一種核糖核酸切割酶如何真正抵御這種病毒微生物？

通過一系列實驗，研究人員發(fā)現Cas13可以通過阻斷細菌來幫助細菌。也就是說，這種酶會切斷宿主RNA的一部分，讓細菌進入休眠狀態(tài)——微生物保持存活但不生長的休眠狀態(tài)。Meeske說，這種策略非常有效，因為病毒需要宿主RNA來復制。

“噬菌體是寄生蟲：它們沒有傳播所需的所有元素，所以它們依賴于宿主，”他解釋說?！叭绻拗骷毎恢圃爝@些元素，那么噬菌體就無法繁殖?！?

無法逃脫

研究人員還發(fā)現，Cas13比其他Cas酶更徹底地殺死病毒。標準的CRISPR-Cas系統(tǒng)具有高度特異性，它可以切割出與精確基因序列相匹配的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(fā)生變異，CRISPR無法識別入侵者，噬菌體也無法逃脫。

“如果噬菌體的目標序列中存在單點突變，那么Cas通?？床坏讲《?，感染就會成功，”Maraffini說。“但是對于Cas13，我們沒有看到任何突變體?！?

研究人員將這種出色的抗病毒能力歸因于這樣一個事實，即細胞休眠并不針對特定的病毒，而是使任何噬菌體——包括突變體——無法繁殖。雖然不確定的午睡可能看起來不像微生物生活，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。

“噬菌體可以轉移其基因有效載荷，并且只復制一次，”他說。“因此，如果他們以不恰當的理由將自己的基因組注射到宿主體內，感染就會停止。噬菌體會輸，細菌會贏。”

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