Nature：CRISPR系统的新功能

　　

生物通报道：CRISPR（规律成簇的间隔短回文重复）是细菌用来抵御病毒的一个基因系统，该系统在基因工程领域的应用潜力巨大，由此吸引了许多科学家的注意。而Emory大学的研究人员发现，这一系统还能帮助细菌躲避哺乳动物的免疫系统，文章于四月十四日发表在Nature杂志上。

乳品行业的研究者们，希望能够阻止噬菌体和病毒对奶酪/酸奶生产的影响，他们在研究中发现了作为细菌免疫系统的CRISPR。细菌能够将噬菌体的DNA片段整合到CRISPR区域，并利用这一信息抵御噬菌体的入侵。

现在，Emory大学医学院和Emory疫苗中心的科学家们发现，细菌Francisella novicida的传染力依赖CRISPR系统。这种细菌是Tularemia致病菌和脑膜炎致病菌的近亲。研究人员发现，F. novicida在哺乳动物细胞内生长时，会通过CRISPR系统关闭自身的一个基因，以避免被宿主免疫系统发现并摧毁。他们认为，抑制CRISPR系统能够使细菌在免疫系统面前显形，这一发现有望加速相关疫苗的研发。

F. novicida主要感染啮齿类，极少感染人类。这种细菌往往被用作研究F. tularensis的模型，而F. tularensis是潜在的生物武器。研究人员分离了CRISPR系统存在缺陷的F. novicida菌株，发现CRISPR系统中的一个蛋白对其毒力有重要影响。“该突变对细菌的影响很大，”Emory大学医学院的助理教授David Weiss说。“野生型F. novicida会杀死小鼠，而突变型过几天就被机体清除。”

研究显示，在细菌感染哺乳动物细胞时，需要一个CRISPR基因关闭脂蛋白的合成，脂蛋白是细菌细胞膜的组成成分。如果将宿主的免疫细胞比作大海中的鲨鱼，那么对于它们来说，细菌脂蛋白就如同海水里的血一般充满着吸引力。因此，为了不被免疫系统发现，细菌就必须关闭脂蛋白的生产。

文章的第一作者Tim Sampson与Weiss一同解析了CRISPR系统关闭脂蛋白合成的机制。细菌的CRISPR系统包括蛋白编码基因，和重复的噬菌体DNA片段。这些重复片段所生成的RNA，会引导Cas9酶对噬菌体DNA进行切割。

研究人员发现，F. novicida的CRISPR系统还会生成一种RNA，引导Cas9对脂蛋白基因进行调节。Weiss指出，Cas9调节系统使F. novicida能够在适当的时候有效下调脂蛋白。“除了切割噬菌体基因以外，Cas9还能够调节细菌基因，这是一项新发现，”Sampson说。

研究人员又与Emory大学的助理教授Yih-Ling Tzeng合作，对Cas9缺陷型脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis）进行研究，这种细菌会感染人体引发脑膜炎。研究显示，Cas9的缺陷影响了这种细菌的入侵和复制能力，说明在其他细菌中Cas9和CRISPR也与感染能力有关。

“具有Cas9的细菌大多是致病菌或是人体内的常见菌，”Sampson说。“我们相信，在其他细菌与宿主的相互作用中，Cas9和CRISPR系统也具有类似功能。”

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文：

A CRISPR-CAS system mediates bacterial innate immune evasion and virulence. Nature (2013).