Mol Cell：細(xì)菌如何利用CRISPR系統(tǒng)產(chǎn)生“記憶力”？

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2017-01-06 09:01:00【大中小】

近日，刊登在國際雜志Molecular Cell上的一項(xiàng)研究報告中，來自洛克菲勒大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)菌能夠產(chǎn)生記憶力，同時研究者還發(fā)現(xiàn)了一種特殊方法，這種方法能夠促使細(xì)菌更加頻繁地編碼記憶。

細(xì)菌如何利用CRISPR系統(tǒng)產(chǎn)生“記憶力”

研究者Luciano Marraffini表示，CRISPR是很多細(xì)菌都擁有的一種自我適應(yīng)性的免疫系統(tǒng)，其能夠通過通過儲存DNA碎片來幫助細(xì)菌對病毒進(jìn)行識別；但在自然界中，這些記錄性事件往往很少發(fā)生。文章中研究者鑒別出了一種特殊的單一突變，其能夠誘發(fā)細(xì)菌細(xì)胞獲得對病毒的記憶信息，而這種獲取病毒記憶信息的效率是自然狀態(tài)下的100多倍，這種突變還能夠用作實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究的重要工具，幫助促進(jìn)科學(xué)家們開發(fā)基于DNA的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。

細(xì)菌如何利用CRISPR系統(tǒng)產(chǎn)生“記憶力”

如果被細(xì)菌的CRISPR系統(tǒng)記錄的病毒再次出現(xiàn)，一種名為Cas9的酶類就能夠?qū)Σ《緦?shí)施破壞，當(dāng)然細(xì)菌中CRISPR-Cas9系統(tǒng)也被很多研究者們用作精準(zhǔn)化的基因編輯，與此同時研究者們還在尋找該系統(tǒng)的很多潛在應(yīng)用。這項(xiàng)研究中，研究者隨機(jī)將突變引入到編碼Cas9的基因中，他們發(fā)現(xiàn)，其中一種突變能夠促進(jìn)細(xì)菌更加容易獲得遺傳記憶信息，在正常情況下，如果研究者將10萬個細(xì)菌細(xì)胞暴露到相同潛在的致死性病毒中，僅會有一個細(xì)菌細(xì)胞獲取DNA碎片來使得細(xì)菌在后期免于病毒的攻擊，而當(dāng)研究者對細(xì)菌進(jìn)行工程化操作使其攜帶新型突變后，這種成功獲取信息的比率就會增加到千分之一。

目前CRISPR系統(tǒng)有很多潛在的應(yīng)用，某些合成生物學(xué)家認(rèn)為，類似于CRISPR的系統(tǒng)能夠被用來捕獲和神經(jīng)元活性相關(guān)的信息，同時還能夠幫助研究細(xì)胞對環(huán)境刺激或者轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞運(yùn)動的反應(yīng)。盡管目前研究者在開發(fā)基于CRISPR的記錄系統(tǒng)上還存在諸多障礙，但本文研究中他們發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌特殊突變或許就有望幫其實(shí)現(xiàn)最終的研究目的。

當(dāng)然本文研究還提出了很多問題，比如如果這種突變能夠使得細(xì)菌更加有效地進(jìn)行自我防御，那么為何細(xì)菌不會通過進(jìn)化來自然攜帶這些突變呢？這或許就是CRISPR的一種權(quán)衡機(jī)制了。盡管這種系統(tǒng)能夠幫助細(xì)菌自我防御，但有時該系統(tǒng)也會出錯，最終引發(fā)細(xì)菌自我毀滅。

原文來源

Mutations in Cas9 Enhance the Rate of Acquisition of Viral Spacer Sequences during the CRISPR-Cas Immune Response