运用CRISPR技术拔掉病毒感染的插头

CRISPR因其快速、准确地编辑基因的能力而声名鹊起。但是，CRISPR系统的核心是帮助细菌保护自己免受病毒侵害的免疫系统。一项新的研究揭示了在这样一个系统中一个以前未被认识的参与者——一种增强抗病毒防御的膜蛋白。根据研究作者的说法，这一发现颠覆了CRISPR系统只通过降解细胞中的RNA和DNA来进行防御的观点。

　　

   

   

《Science》杂志上的一项研究展示了Cas蛋白如何与一种独特的膜蛋白合作，阻止细菌中的病毒感染

CRISPR因其快速、准确地编辑基因的能力而声名鹊起。但是，CRISPR系统的核心是免疫系统，它通过靶向和破坏病毒DNA和RNA来帮助细菌保护自己免受病毒的侵害。发表在《Science》杂志上的一项新研究揭示了这样一个系统中一个以前未被认识到的参与者——一种增强抗病毒防御的膜蛋白——同时拓宽了我们对CRISPR复杂性的理解，并提出了更多与之相关的问题。

发现CRISPR的新线索

CRISPR系统由两个主要组成部分组成——针对特定病毒DNA或RNA序列的引导RNA和切割目标DNA或RNA的Cas酶，以防止病毒复制和传播。罗切斯特大学RNA生物学中心的一个研究小组发现，一种特定的Cas蛋白(Cas13b)不仅能切割病毒RNA，还能与另一种蛋白(Csx28)交流，以增强其抗病毒防御能力。

与康奈尔大学的科学家合作，该团队发现Csx28蛋白形成了一个类似孔的结构(即它有一个大洞)。当他们用噬菌体(攻击细菌的病毒)感染大肠杆菌并部署CRISPR-Cas13系统来靶向和阻止感染时，他们发现Cas13向Csx28发出信号，影响膜的通透性。一旦发生这种情况，Csx28就会在受感染的细胞中造成严重破坏，扰乱膜电位，破坏新陈代谢并阻碍能量产生。病毒无法在如此恶劣的环境下复制，因此研究小组得出结论，Csx28增强了CRISPR-Cas13b的噬菌体防御能力。

“这一发现颠覆了CRISPR系统只通过降解细胞中的RNA和DNA来进行防御的想法，并真正拓宽了我们对CRISPR系统如何工作的看法，”通讯作者Mitchell O’Connell博士说，他是罗切斯特大学医学中心(URMC)生物化学和生物物理学助理教授，也是大学RNA生物学中心的成员。“当我们想到CRISPR时，我们认为Cas9或Cas13等Cas蛋白是造成所有损害的大锤，但情况可能并非如此，我们发现Cas13和Csx28一起有效地消灭了一种病毒。”

问题多于答案

通过使用高分辨率冷冻电镜技术，研究小组对Csx28的结构有了更多的了解，他们开始探索这种蛋白质的功能。问题比比皆是。如果目的是保护，为什么膜上有一个巨大的洞?研究小组发现，当Cas13不在时，Csx28就不活跃。是什么使它在防御中变得活跃?它能保持多长时间的活性它让什么穿过细胞膜?了解孔打开和关闭背后的生物化学原理将揭示CRISPR- cas13如何利用它作为其防御的一部分，并为跨其他CRISPR系统研究膜蛋白提供一个起点。

“这一发现出乎意料，并提出了各种关于细菌如何保护自己以及它们如何在感染中生存的新问题，”生物化学和生物物理学教授Mark Dumont博士指出，他的职业生涯一直在研究膜蛋白。“这也是RNA生物学、CRISPR、结构生物学和膜生物学之间一个非常有趣的界面。虽然没有直接的医学意义或应用，但由此产生的想法可能非常强大。”

一项研究有这么多发人深省的部分，将几个不同的领域结合在一起，这是非常罕见的。因为这些概念是全新的，未来的工作将不会被教条所拖累。任何时候，人们都可以把新鲜的、不受约束的想法带到桌面上，这对科学来说都是有益的。

研究小组发现了这种类似孔的蛋白质，它与我们以前见过的任何蛋白质都不相似，现在我们知道这种机制存在，人们将开始在其他系统中寻找它。这是令人兴奋的，因为在科学中，当你触及表面时，你经常会发现它背后有一个全新的世界。

Csx28 is a membrane pore that enhances CRISPR-Cas13b-dependent anti-phage defense