合成生物催化剂 摘译自:https://science.sciencemag.org/content/372/6541/eabe5601

 

       CRISPR-Cas系统可以有效地保护细菌免受病毒和外来DNA的侵害,但是,这个系统也会给宿主带来不可忽略的适应性成本,例如自身免疫和排斥对宿主有益的外源基因。 据推测,这些成本会导致细菌中CRISPR-Cas系统的丢失。然而,在当前的基因组序列数据库中,约40%的细菌和约90%的古细菌基因组均携带CRISPR-Cas系统的基因座,这表明除了系统本身带给细菌的自适应免疫能力之外,还可能存在降低系统成本的机制以防止其丢失。

 

      近日,北京微生物研究所向华课题组在Science上发布文章“Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems ”。课题组专门研究了古细菌中的I-B CRISPR-Cas系统,发现其中编码CRISPR效应因子Cascade的亚基基因不能单独删除,但可以整体删除,包括一个311bp的基因间区。 这些结果表明,Cascade基因盒(cas6-cas8-cas7-cas5)含有毒性成分,会让宿主上瘾(一旦删除任何Cascade基因就会引起细胞毒性)。 课题组克隆并分析了cas6cas8之间的基因间区,发现了被Cascade抑制的毒素基因creT,以及相关的CRISPR重复序列(似乎是对creT的转录抑制所必需的序列)。 课题组认为重复序列是类似于抗毒RNACRISPR RNA,可与Cascade一起抑制毒素,所以CreTA会让宿主对Cascade基因上瘾。在缺乏CreTA的细胞中,Cascade基因容易被转座因子破坏。同时,课题组用生物信息学分析鉴定了几种CreTA类似物,与不同的古细菌和细菌CRISPR-cas基因座相关,并且包含与各自CRISPR系统的PAM相对应的PAM。值得注意的是,这些CreTA类似物在序列上有极大差异,这表明它们已经高度分化,并且也许利用了不同的毒性机制。

 

      课题组的数据揭示了毒素-抗毒素RNA会让宿主对CRISPR-cas基因座上瘾,防止其丢失。 CRISPR效应因子会通过重新编程以进行基因调控。这突显了CRISPR-Cas在细菌和古细菌中的多功能性,并高亮了抗病毒防御和基因调控进化研究的重要性。

 

 

 

1. Cascade失活后,被抑制的CreT RNA会阻止细胞生长,从而让宿主对CRISPR效应因子上瘾。

(张介泽 摘译)


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