在土壤和人体肠道中发现新的抗CRISPR蛋白

来自诺和诺德基金会生物可持续性研究中心(DTU)的科学家发现了四种新的抗CRISPR蛋白，分布在不同的环境中。发表在Cell Host&Microbe上的一项新研究表明，一些抗CRISPR蛋白在自然界中比以前预期的更为广泛。这些抗CRISPR可能在将来更好地用于调节CRISPR-Cas9系统的活性。

CRISPR系统是细菌免疫系统，使细菌能够以有针对性的方式抵抗感染病毒(噬菌体)。由于其可编程特性，CRISPR系统，特别是Cas9，目前正广泛应用于生命科学行业，具有提供突破性基因疗法，新抗生素和疟疾疗法的潜力。

有趣的是，噬菌体已经进化出抗CRISPR蛋白，以克服病毒和细菌之间进化军备竞赛中的细菌CRISPR系统。这些蛋白质可迅速抑制宿主细菌的防御系统，使细菌易受感染。

尽管它们具有显着的生物学重要性，但到目前为止，在非常特定的细菌亚群中仅发现了少数抗CRISPR蛋白。目前的抗CRISPR蛋白质在自然界中并不丰富，并且已经通过研究能够感染携带CRISPR-Cas9的细菌的噬菌体的DNA来鉴定。使用这种方法，人们依赖于能够培养细菌和能够感染并避免监测内源CRISPR Cas9系统的噬菌体。

“我们采用了一种不同的方法，专注于抗CRISPR功能活性，而不是DNA序列的相似性。这种方法使我们能够在细菌中找到不能被噬菌体培养或感染的抗CRISPR 。结果非常令人兴奋， “Novo Nordisk基金会生物可持续性中心(DTU)的博士后Ruben Vazquez Uribe说。

粪便样品含有抗CRISPR

研究人员通过使用来自四个人类粪便样本，两个土壤样本，一个牛粪便样本和一个猪粪便样本的总DNA来鉴定抗CRISPR基因。将DNA切成小块并在细菌细胞内的质粒上随机表达。该细胞含有用于选择抗CRISPR活性的遗传回路。简而言之，这意味着含有具有潜在抗CRISPR基因的质粒的细胞将对某种抗生素产生抗性。相反，质粒不能赋予抗CRISPR活性的细胞会死亡。

通过该系统，研究人员可以轻松检测和选择具有抗CRISPR活性的DNA并将其追溯至其起源。使用这种宏基因组库方法，科学家们能够识别出能够避开Cas9活性的11个DNA片段。

然后进一步表征可以确认四种新的抗CRISPR的活性。系统发育分析表明，粪便样本中发现的基因存在于多种环境中的细菌中，例如生活在昆虫肠道，海水和食物中的细菌。

这表明新发现的基因在生命树的许多细菌分支中传播，并且在某些情况下有证据表明这些基因中的一些在进化过程中已经多次水平转移。

“我们发现的抗-TCRF在自然界中如此丰富，这一事实表明它们非常有用，从生物学的角度来看具有重要意义，”Novo Nordisk基金会生物可持续性研究中心(DTU)科学主任兼教授Morten Sommer说。 )。

这些研究结果表明，与以前提出的相比，抗CRISPR在噬菌体和宿主之间的相互作用中可能发挥更大的作用。

有用的基因组编辑开关

该领域的早期研究已经证明，在实验室中进行基因组编辑时，抗CRISPR蛋白可用于减少错误，例如在非靶位点切割DNA。

“今天，大多数使用CRISPR-Cas9的研究人员难以控制系统和脱靶活动。因此，抗CRISPR系统非常重要，因为您希望能够打开和关闭系统以测试活动。因此，这些新蛋白质可能变得非常有用，“Morten Sommer说。

研究人员实际上发现这四种新的抗CRISPR蛋白似乎具有不同的性状和特性。展望未来，进一步调查将是非常令人兴奋的。

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