为了遏制感染 细菌会对自己进行防御

有时候，对敌对入侵者的最佳防御是长时间的良好打盹。或者至少，这种策略似乎适用于细菌。

在自然界描述的一项新研究中，洛克菲勒科学家表明，病毒攻击下的微生物不仅会对敌人进行防御，还会对自身进行防御。研究人员发现，这种极端措施不会杀死细菌，而是将它们送入休眠状态，防止感染扩散。

恶毒的病毒

在细菌中，称为噬菌体的病毒是公敌。

这些病原体通过将其基因组注射到毫无疑问的微生物中而繁殖，最终导致其宿主细胞破裂，此时释放后代噬菌体以感染细菌菌落的其他成员。

为了缓解这些攻击，细菌已经进化出被称为CRISPR的免疫机制，或者聚集在一起的有规律的间隙短回文重复序列，这些重复序列在相关的Cas酶的帮助下，可以检测和破坏外来遗传物质。

微生物拥有许多不同的CRISPR系统，其中一个由于其抵御入侵者的独特策略而引起了Luciano Marraffini的注意。尽管大多数Cas酶破坏病毒DNA，但这种特殊的酶Cas13通过切割RNA起作用。

“由于Cas13靶向RNA，它最初被认为已经进化为阻碍具有RNA基因组的噬菌体。问题是，RNA噬菌体非常罕见，”他说。“所以我们想知道它是否可能已经发展成为一种不同的功能。”

与Helen Hay Whitney博士后同事亚历山大·梅斯克(Alexander Meeske)合作，Marraffini表明Cas13的激活实际上可以保护细菌免受DNA基因组的噬菌体的侵害，这种情况更常见。但是，他们想知道，一种RNA切割酶如何真正防御这种病毒的微生物?

通过一系列实验，研究人员发现Cas13可以通过阻碍细菌来帮助细菌。也就是说，酶会切断宿主RNA的一部分，使细菌进入休眠状态 - 一种微生物保持存活但不生长的休息状态。Meeske说，这种策略很有效，因为病毒需要宿主RNA才能复制。

“噬菌体是寄生虫：它们没有传播所需的所有元素，因此它们依赖宿主，”他解释道。“如果宿主细胞没有制造这些元素，那么噬菌体就无法繁殖。”

无处可逃

研究人员还发现Cas13比其他Cas酶更彻底地杀死病毒。标准CRISPR-Cas系统具有高度特异性，可切割与精确基因序列匹配的DNA。虽然这种特异性可能是一种资产，但它也有一个很大的缺点：如果病毒发生变异，CRISPR就无法识别入侵者，并且噬菌体无法逃脱。

“如果噬菌体的靶序列中有一个单点突变，那么通常病毒就会被Cas看不见，感染就会成功，”马拉菲尼说。“但是对于Cas13，我们没有看到任何突变的突变体。”

研究人员将这种极好的抗病毒能力归因于细胞休眠不针对某种特定病毒的事实，而是使任何噬菌体 - 包括突变体 - 无法繁殖。虽然无限期午睡可能看起来不像微生物的生命，但Meeske指出，Cas13的真正好处不在于个体水平，而在于细菌群落的整体水平。

“噬菌体只有一次能够传递其基因有效载荷并进行复制，”他说。“因此，如果他们将自己的基因组注射到一个原因不合适的寄主中，那么感染就会停止。噬菌体会失去，细菌群就会获胜。”

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