对微生物战争复杂性的新认识

这可能是一部充满间谍活动的战时惊悚片,或者是陪练柔道大师的吹嘘。但相反,它是微生物之间分子战的真实故事,从病毒闯入细菌并注射其DNA开始,这是感染的第一步。

一个世纪以来,科学家已经知道病毒会攻击并有时会杀死细菌,就像人类感染流感一样。但直到最近,他们才开始了解随着细菌和病毒争取竞争优势而发生的生物化学,对医学产生深远的影响等等。

十年前,“没有人认为细菌具有复杂的适应性免疫系统,”蒙大拿州立大学文学与科学学院和农业学院微生物学和免疫学系副教授Blake Wiedenheft说。

然而,从那以后,研究人员发现了一种细菌利用机器分子检测和摧毁入侵病毒的机制。这种免疫反应被称为CRISPR,这是一个缩写,描述了细菌如何将病毒DNA片段整合到自己的基因组中,作为未来识别和对抗病毒的一种方式。

对于国际公认的该领域专家Wiedenheft而言,不断增长的CRISPR知识引发了其他问题:病毒是否找到了破坏细菌防御的方法?如果是这样,怎么样?

“病毒是强大的,”Wiedenheft说。“而且我们开始了解他们已经发展起来的策略的创造性曲目,以逃避检测,但他们的主人。”

Wiedenheft在3月11日发表于Molecular Cell期刊的一篇科学论文中发表了他的团队最新发现,不仅描述了CRISPR防御的新细节,而且还发现了扩大科学家对资源丰富病毒的理解的发现。

使用强大的电子显微镜和尖端的图像处理技术,Wiedenheft和他的合作者,斯克里普斯研究所的副教授Gabriel Lander,可以看到一个复杂的CRISPR分子通过展开Wiedenheft比作“灯塔”的分子臂来响应病毒DNA。Lander和Wiedenheft是该论文的主要合着者。

Wiedenheft解释说,灯塔就像“发出危险信号的红色闪光灯”,作为其他CRISPR分子的生物化学线索来摧毁病毒。

当研究人员意识到灯塔类似于已知病毒产生的蛋白质时,出人意料。这场比赛不太准确。

“似乎病毒已经偷走了灯塔并将其用作诱饵,”Wiedenheft说道。换句话说,通过将信标样蛋白质的分子释放到细菌中,病毒可能混淆CRISPR警报信号。“这很精彩,也很狡猾。”

Wiedenheft说:“这一发现表明,病毒可能通过借用(CRISPR)免疫系统本身并重新部署它们来抵抗免疫反应来发展反抗。”

这并不是Wiedenheft团队第一次发现这种病毒颠覆。2014年,他的团队和一组国际同事发表了一篇论文,表明所谓的“抗CRISPR”可以通过一系列策略阻断细菌免疫系统。2017年,他们发表的结果显示,另外两种抗CRISPR阻止免疫系统识别病毒,无论是通过模仿DNA还是像堵塞病毒监测机器的粗糙楔子一样。

Weidenheft表示,最新发现的重要性在于它是第一例观察到模仿真实CRISPR蛋白的病毒。

根据Wiedenheft的说法,关于病毒是否“偷走”信标 - 即直接占用它 - 或者它是否独立进化,这是一个悬而未决的问题。

Wiedenheft说:“接下来,我们想直接测试这种进化假设,”看看病毒是否可以被捕获。

Wiedenheft说,如果他们在这方面取得成功,它将为在实验室中制造抗CRISPR的可能性提供可能,这可能对医学产生重大影响。病毒已经被用作抗生素抗性细菌的替代疗法,并且设计它们克服天然CRISPR防御的能力可以进一步帮助治疗有害细菌。

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