一种新发现的免疫形式有助于解释细菌如何对抗病毒
当寻求保护自己免受病毒侵害时,一些细菌使用看似冒险的策略:它们等到入侵病毒已经开始复制。洛克菲勒大学的研究表明,即使在延迟行动后,微生物如何使用两种新发现的酶来抵抗感染。“病毒感染可以杀死细菌细胞 - 或者在某些情况下,病毒遗传物质可以提供诸如防御其他病毒的益处。有害病毒会立即开始复制,但有益的病毒将自身植入细菌基因组中,”Luciano Marraffini说道。 ,助理教授和细菌学实验室主任。“通过使用等待观察方法,并且容忍感染的初始阶段,细菌能够做出明智的选择。”
本周在Cell上发表的这项研究有助于解释尽管细菌反应迟钝,细菌如何清除有害感染。在未来,它可能会为开发抗击传染病的新方法以及其他潜在应用提供信息。
最后一分钟的防守
该研究对两种酶Csm3和Csm6进行了零处理,这两种酶是被称为CRISPR-Cas的细菌免疫系统的一部分。当这些酶在感染后期发挥作用时,它们会切断病毒RNA。
CRISPR(聚类有规律的散布短回文重复序列)系统是一种适应性细菌免疫应答,依赖于含有与病毒遗传密码相匹配的序列的DNA片段。CRISPR相关基因使用这些序列作为靶向入侵者进行破坏的指南。
通常,CRISPR防御系统在注入细菌细胞后几分钟内攻击并破坏病毒DNA,因此入侵的病毒没有机会复制。然而,在病毒DNA被复制并被转录到病毒DNA后,在该研究中调查的特定类型的CRISPR(称为III型CRISPR-Cas系统)等待病毒复制并在感染的后期阶段进行攻击。 RNA。
“看来III型CRISPR-Cas实际上需要病毒来产生RNA才能靶向并破坏病毒DNA,”该论文的第一作者,研究生姜文艳说。“因此,该系统必须处理数百个病毒DNA链而不是一个,并且可能需要长达9个小时而不是几分钟来清除感染。”
额外的保障措施
在此之前等待存在着固有的危险,并且由于存在大量病毒基因组,CRISPR-Cas系统采用的典型DNA切割酶不能单独阻止感染。研究人员发现,III型CRISPR-Cas也使用酶Csm3和Csm6靶向病毒RNA。
为了观察这种以RNA为中心的防御作用,Marraffini,Jiang和实验室研究员Poulami Samai产生了一种突变形式的表皮葡萄球菌,缺乏Csm3和Csm6酶。当他们用病毒感染突变体和正常细菌时,突变体群体就会死于它。
该研究阐明了这种CRISPR-Cas策略的功能,并对生物技术和医学具有潜在意义。因为它可以对基因组进行精确的靶向切割,所以CRISPR的DNA切割能力已被证明可用于开发基因工程技术。Marraffini说,了解CRISPR RNA切割酶的工作原理可能有助于操纵人体细胞的RNA含量。
“这项研究还提升了我们对细菌如何与病毒相互作用的认识,这对于了解细菌的发病机制至关重要,”马拉菲尼说。“病毒遗传物质可以增加病原体的毒力,同时病毒可以用来杀死临床中的病原菌。了解细菌 - 病毒相互作用中的分子机制可以帮助我们对抗传染病。”
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