合成生催化剂摘译自:http://dx.doi.org/10.1093/nar/gkaa1071

  通常认为,CRISPR-Cas系统能严格的区分自身与非自身DNA。 然而,很多研究却显示细菌的CRISPR系统中经常能发现自靶向间隔子(self-targeting spacersSTS)。

  有人认为STS的发现意味着CRISPR-Cas系统对细菌来说存在明显副作用。但是有研究却显示尽管带有STSCRISPR–Cas系统因STS引起的基因组损伤却很少被报道,说明细菌中可能存在其他机制(例如抗CRISPR蛋白和CRISPR突变)以避免或减轻CRISPR系统中的STS对细菌自身基因组的破坏。

  近日来自来荷兰代尔夫特大学的Stan J. J. Brouns和荷兰乌特勒支大学的Bas E. Dutilh联合在《Nucleic Acids Research》杂志上发表文章《Prophages are associated with extensive CRISPR–Cas auto-immunity》。研究了不同CRISPR亚型中的STS的出现比例,阐述了细菌中潜在CRISPR-Cas自身免疫的发生率,分布和相应损伤回避机制。发现在噬菌体整合能为细菌带来了生存优势(例如获得毒力性状)的情况下,CRISPR系统中出现STS的概率就会大幅提升。研究进一步归纳了整合入基因组的噬菌体引起STS、细菌降低STS对自身影响的策略,表明噬菌体与宿主CRISPR系统之间的战争不会因为噬菌体整合入宿主基因组而结束。

  研究分析了43526个带有CRIPSR系统的基因组,以90%或以上序列同一性为筛选标准,在1481476个间隔子序列中,发现了23626STS,其中约一半(12121个)序列与基因组序列完全一致。进一步研究发现,在I-B/I-F亚型的CRISPR系统中STS更为普遍,超过40%I-B/I-F亚型CRISPR系统中带有STS序列。根据同源序列比对,发现至少88%CRISPR系统没有出现明显的片段缺失,这意味着含有STS序列的CRISPR系统多数依然处于功能健全的状态。

  随后研究调查了STS序列的靶向情况,发现多数STS靶向编码区,而基因组中是否整合有噬菌体与是否容易发现STS序列呈正相关。针对PAM序列的分析则显示部分STS序列能被基因组规避是通过无效的PAM序列实现的。另外还发现,带有STS序列的基因组通常带有抗CRISPR基因。

  通过STS序列的分析,发现早期获得的STS通常靶向噬菌体整合区域,后期的STS大多在噬菌体整合区域的附近,这意味着即使噬菌体整合入微生物的基因组,噬菌体与CRISPR系统的相爱相杀依然在持续。

不同类型CRISPR系统中的STS比例

(徐毅诚摘译)

 


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