Nature重要发现：新型CRISPR样系统

　　

生物通报道   来自法国的研究人员报告称发现，巨型拟菌病毒（mimiviruses）利用了与细菌和其他微生物采用的CRISPR系统相似的防御来抵御入侵者。他们说，在拟菌病毒中发现一种起作用的免疫系统支持了他们的观点：这种巨型病毒代表了生命树的一个新分支。

相关研究论文发布在2月29日的《自然》（Nature）杂志上。法国艾克斯马赛大学微生物学家Didier Raoult与同事Bernard La Scola共同领导了这项研究。

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拟菌病毒非常之大以致在光学显微镜下都可以看见它们。大约0.5微米的直径，人们是在生活在水塔中受到感染的阿米巴虫变形虫体内首先发现了它们。拟菌病毒的基因组大于一些细菌的基因组。它们与天花等病毒的亲缘关系遥远，不同于大多数的病毒，它们拥有生成氨基酸的基因，DNA碱基和复杂蛋白质。

Raoult说，这意味着它们模糊了病毒与细菌之间的界限。Raoult认为拟菌病毒并非一种典型的病毒，它更像一种原核生物——缺乏细胞核的微生物。

2008年，Raoult、La Scola和同事们在Nature上报告称，发现像原核生物一样，拟菌病毒也受到噬病毒体（virophage）的困扰。6年后，在2014年，他们发现了一种叫做Zamilon的噬病毒体可以感染某些类型的拟菌病毒。Raoult推测这些削弱拟菌病毒复制自身能力的感染，有可能促成了像CRISPR一类的防御系统进化。

免疫防御

在细菌和古细菌中，CRISPR系统储存了一个与噬菌体DNA和其他入侵DNA相匹配的短DNA序列的文库。当有与文库中的序列相匹配的外源DNA序列攻击细胞时，特化的“Cas”酶会解开入侵DNA，将它切成碎片，阻止感染（张锋Nature重大突破：用新型高效Cas9实现基因组编辑 ）。生物学家们现在改变CRISPR的用途使之成为了一种编辑基因组的新技术（中国科学家Nature子刊发布CRISPR/Cas9基因编辑新成果 ）。

为了确定拟菌病毒是否具有相似的防御系统，Raoult研究小组分析了60种拟菌病毒株的基因组，寻找了与Zamilon噬病毒体匹配的序列。发现抵抗Zamilon的拟菌病毒也包含与之相匹配的短DNA片段。

Raoult研究小组在这些序列的附近发现了一些基因，它们编码了可以降解及解开DNA的酶。在CRISPR免疫中也是如此，编码Cas酶的基因定位在病毒识别序列的旁边。阻断这一系统不同元件的活性可使得拟菌病毒易受Zamilon噬病毒体攻击。

Raoult说，拟菌病毒拥有这样一种免疫系统是有意义的，因为它们必须与其他的微生物和病毒竞争资源。“当它们生活在群体中时面对着与原核生物一样的挑战：它们需要对抗病毒和原核生物。我甚至怀疑它们分泌了抗菌素化合物。”

虽然有些争议，但Raoult认为，拟菌病毒与细菌、古细菌和真核生物并列，构成了生命的第四领域。他将这一命名为MIMIVIRE的免疫系统视作为是一种非常古老的适应，进一步支持了拟菌病毒在生命树上有自己的分支这一观点。

西班牙阿利坎特大学微生物学家Francisco Mójica在上世纪90年代在原核生物中鉴别出了CRISPR序列。Mójica指出已在其他病毒中发现了一些CRISPR元件，但尚不清楚这一系统是否起作用。他怀疑是拟菌病毒的祖先从其他微生物那里获得了MIMIVIRE。“鉴别出与MIMIVIRE免疫相关的机制，将一定会引起人们极大的兴趣，”Mójica说；他预计MIMIVIRE与CRISPR将有很大的不同。

洛克菲勒大学细菌学家Luciano Marraffini说，Raoult研究小组做出了很好的研究证实，MIMIVIRE是一种病毒防御系统，但阐明它阻止噬病毒体感染的机制将十分重要。

Marraffini说，就像解开CRISPR免疫的运作机制促成了其改变用途成为一种基因组编辑工具，研究拟菌病毒有可能会带来惊喜（专家指南：CRISPR实验中如何验证编辑[创新技巧] ）。“这些巨型病毒极有可能包含着许多新生物学，其中一些包括MIMIVIRE有可能找到一些新应用。也许是在基因组编辑，也许是在其他的领域。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

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

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.