除了CRISPR，細(xì)菌體內(nèi)還存在超10種免疫防御系統(tǒng)

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2018-02-01

1月15日，《Science》期刊一篇最新文章揭示，科學(xué)家們在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超10種免疫機(jī)制，是已知免疫防御體系的兩倍多。

數(shù)十億年來，細(xì)菌一直運(yùn)用復(fù)雜的防御體系保護(hù)自己免受噬菌體的入侵。人類通過解析這些免疫機(jī)制，研發(fā)出強(qiáng)大的分子生物學(xué)工具，例如耳熟能詳?shù)南拗菩詢?nèi)切酶、CRISPR/Cas9。然而，這只是“冰山一角”。

1月15日，《Science》期刊一篇最新文章揭示，科學(xué)家們在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超10種免疫機(jī)制，是已知免疫防御體系的兩倍多。

最新發(fā)現(xiàn)

來自于以色列Weizmann研究所的分子遺傳學(xué)家Rotem Sorek帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)試圖全面解析細(xì)菌的免疫防御系統(tǒng)。他們分析了來自于細(xì)菌、古生菌約45000個(gè)基因組，研究了位于 “防御島”（defense islands，已被證實(shí)的防御基因）附近的基因群。

研究人員針對(duì)這些看起來很有前途的候選基因構(gòu)建出相應(yīng)的細(xì)菌模型，隨后用大量的噬菌體檢測這些基因的防御功能。

在他們測試的26個(gè)抗噬菌體系統(tǒng)中，有9個(gè)被證實(shí)參與抗病毒機(jī)制，另外有1個(gè)與防御質(zhì)粒（plasmid）有關(guān)。Rotem Sorek團(tuán)隊(duì)用神話里的保護(hù)神命名這些系統(tǒng)，例如Druantia、Kiwa等。

盡管其他16個(gè)系統(tǒng)并沒有在試驗(yàn)中很好地躲過病原體的入侵，但是它們?nèi)匀挥锌赡苁怯行У姆烙到y(tǒng)。“這些系統(tǒng)可能額外需要一些編碼基因，或者相關(guān)啟動(dòng)子等元素在細(xì)菌模型中不能正常工作。”研究人員解釋道。

一些線索

宏觀上講，Rotem Sorek團(tuán)隊(duì)并沒有發(fā)現(xiàn)這些免疫系統(tǒng)保護(hù)細(xì)菌免受噬菌體入侵的具體機(jī)制，但是，他們發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于它們工作原理的線索：

1）“Theoris”系統(tǒng)（以埃及負(fù)責(zé)分娩、生育的保護(hù)神而命名）包含一個(gè)TLR受體區(qū)域，負(fù)責(zé)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)信號(hào)蛋白的互作，之前研究證實(shí)它與調(diào)控RNA干擾（RNAi）的原核Argonaute基因有關(guān)聯(lián)。

2）“Zorya”系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)含有一個(gè)質(zhì)子通道的組成元素。“我們初步證實(shí)，一旦細(xì)菌被感染，質(zhì)子通道可能會(huì)‘自殺’，從而促使細(xì)胞膜去極化。”Sorek表示。

研究意義

研究人員認(rèn)為，一旦了解免疫防御的機(jī)制，其中的關(guān)鍵分子/蛋白將有望被分子生物學(xué)加以運(yùn)用，從而助力生命醫(yī)學(xué)發(fā)展，要知道當(dāng)下熱門的“魔剪”技術(shù)CRISPR最初就是細(xì)菌體內(nèi)的一套天然免疫系統(tǒng)，此外，很多核酸工具酶同樣來源于微生物。

Sorek 相信：“只要發(fā)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，并最終解析它的機(jī)制，就有望被開發(fā)成一個(gè)非常有效的工具。”

“從科學(xué)的角度看，這項(xiàng)研究很酷。” 北卡羅來納州立大學(xué)的CRISPR研究員Rodolphe Barrangou對(duì)此評(píng)價(jià)道，“很明顯，隨著對(duì)免疫機(jī)制的深入挖掘，我們將收獲具有強(qiáng)大潛能的分子工具。CRISPR的替代方案越多則越好。”

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