CRISPR因其快速而準確地編輯基因的能力而在科學界聲名鵲起。但是，就本質而言，CRISPR系統(tǒng)是免疫系統(tǒng)，通過靶向和破壞病毒的DNA和RNA來幫助細菌保護自己免受病毒侵害。在一項新的研究中，來自美國羅切斯特大學和康奈爾大學的研究人員揭示了這樣的一種系統(tǒng)中一種以前未被認識到的參與者---一種增強抗病毒防御能力的膜蛋白，同時擴大了我們對CRISPR復雜性的理解，并提出了更多與之相關的問題。相關研究結果發(fā)表在2023年4月28日的Science期刊上，論文標題為“Csx28 is a membrane pore that enhances CRISPR-Cas13b–dependent antiphage defense”。

揭示有關CRISPR的新線索

CRISPR系統(tǒng)由兩種主要部分組成---針對特定病毒DNA或RNA序列的向導RNA（gRNA）和切割靶DNA或RNA以阻止病毒復制和傳播的Cas酶。在這項新的研究中，這些作者發(fā)現(xiàn)作為一種特定的Cas蛋白，Cas13b不僅能切割病毒RNA，還能與另一種蛋白（Csx28）溝通，以增強它的抗病毒防御能力。

這些作者發(fā)現(xiàn)Csx28蛋白形成了一種孔狀結構（即它有一個大的孔）。當他們用噬菌體（攻擊細菌的病毒）感染大腸桿菌，并部署CRISPR-Cas13系統(tǒng)來靶向和阻止感染時，他們發(fā)現(xiàn)Cas13向Csx28發(fā)出信號，從而影響膜的通透性。一旦發(fā)生這種情況，Csx28就會在受感染的細胞中造成破壞，擾亂膜電位，破壞代謝和阻礙能量產(chǎn)生。病毒不能在這種不友好的環(huán)境下復制，導致他們得出結論：Csx28增強了CRISPR-Cas13b的噬菌體防御。

論文通訊作者、羅切斯特大學醫(yī)學中心生物化學與生物物理學助理教授和羅切斯特大學RNA生物學中心成員Mitchell O'Connell博士說，“這一發(fā)現(xiàn)顛覆了CRISPR系統(tǒng)僅通過降解細胞中的RNA和DNA來進行防御的觀點，真正擴大了我們對CRISPR系統(tǒng)可能工作方式的看法。當我們想到CRISPR時，我們認為Cas9或Cas13等Cas蛋白是造成所有損害的大錘，但情況可能并非如此；我們發(fā)現(xiàn)Cas13和Csx28一起有效地消滅了病毒。”

圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.abm1184。

羅切斯特大學醫(yī)學中心藥理學與生理學助理教授John Lueck博士補充道，“當你讀到這篇論文時，你會對自己說......'什么？這是一種如此奇怪的機制，并不是我所預測的細菌的工作方式’。令人印象深刻的是，該團隊確定了這種具有孔狀結構的蛋白，它與我們之前看到的任何其他東西都不相似，如今我們知道這種機制存在，人們將開始在其他系統(tǒng)中尋找它。這是令人興奮的，因為在科學中，當你觸及表面時，你經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)它背后有一個全新的世界?！?/p>

問題多于答案

通過使用高分辨率低溫電鏡對Csx28的結構有了更多的了解，這些作者開始探索該蛋白的功能。問題比比皆是。如果目標是保護，為什么細胞膜上形成有一個巨大的孔？他們發(fā)現(xiàn)，當Cas13不在附近時，Csx28并不活躍。是什么讓它在防御中變得活躍？它在多長時間內保持活躍，它讓什么東西通過細胞膜？了解該孔的開放和關閉背后的生物化學將闡明CRISPR-Cas13如何利用它作為其防御的一部分，并為研究其他CRISPR系統(tǒng)中的膜蛋白提供一個跳躍點。

羅切斯特大學醫(yī)學中心生物化學與生物物理學教授Mark Dumont博士指出，“這一發(fā)現(xiàn)是出乎意料的，并提出了關于細菌如何保護自己以及它們如何在感染中生存的新問題。這也是RNA生物學、CRISPR、結構生物學和膜生物學之間一個非常有趣的接口。雖然沒有直接的醫(yī)學意義或應用，但由此產(chǎn)生的想法可能是非常強大的。”

Lueck補充說，“一項研究有這么多發(fā)人深省的內容，將幾個不同的領域結合在一起，這是非常罕見的。而且由于這些概念是全新的，未來的研究工作將不會被教條所累。任何時候人們都可以把新的、不受約束的想法帶到桌面上，這對科學來說都是有益的。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Arica R. VanderWal et al. Csx28 is a membrane pore that enhances CRISPR-as13b-dependent antiphage defense. Science, 2023, doi:10.1126/science.abm1184.