來(lái)自諾和諾德基金會(huì)生物可持續(xù)性研究中心(DTU)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了四種新的抗CRISPR蛋白，分布在不同的環(huán)境中。發(fā)表在Cell Host&Microbe上的一項(xiàng)新研究表明，一些抗CRISPR蛋白在自然界中比以前預(yù)期的更為廣泛。這些抗CRISPR可能在將來(lái)更好地用于調(diào)節(jié)CRISPR-Cas9系統(tǒng)的活性。

CRISPR系統(tǒng)是細(xì)菌免疫系統(tǒng)，使細(xì)菌能夠以有針對(duì)性的方式抵抗感染病毒(噬菌體)。由于其可編程特性，CRISPR系統(tǒng)，特別是Cas9，目前正廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)行業(yè)，具有提供突破性基因療法，新抗生素和瘧疾療法的潛力。

有趣的是，噬菌體已經(jīng)進(jìn)化出抗CRISPR蛋白，以克服病毒和細(xì)菌之間進(jìn)化軍備競(jìng)賽中的細(xì)菌CRISPR系統(tǒng)。這些蛋白質(zhì)可迅速抑制宿主細(xì)菌的防御系統(tǒng)，使細(xì)菌易受感染。

盡管它們具有顯著的生物學(xué)重要性，但到目前為止，在非常特定的細(xì)菌亞群中僅發(fā)現(xiàn)了少數(shù)抗CRISPR蛋白。目前的抗CRISPR蛋白質(zhì)在自然界中并不豐富，并且已經(jīng)通過(guò)研究能夠感染攜帶CRISPR-Cas9的細(xì)菌的噬菌體的DNA來(lái)鑒定。使用這種方法，人們依賴于能夠培養(yǎng)細(xì)菌和能夠感染并避免監(jiān)測(cè)內(nèi)源CRISPR Cas9系統(tǒng)的噬菌體。

“我們采用了一種不同的方法，專注于抗CRISPR功能活性，而不是DNA序列的相似性。這種方法使我們能夠在細(xì)菌中找到不能被噬菌體培養(yǎng)或感染的抗CRISPR 。結(jié)果非常令人興奮， “Novo Nordisk基金會(huì)生物可持續(xù)性中心(DTU)的博士后Ruben Vazquez Uribe說(shuō)。

糞便樣品含有抗CRISPR

研究人員通過(guò)使用來(lái)自四個(gè)人類糞便樣本，兩個(gè)土壤樣本，一個(gè)牛糞便樣本和一個(gè)豬糞便樣本的總DNA來(lái)鑒定抗CRISPR基因。將DNA切成小塊并在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)粒上隨機(jī)表達(dá)。該細(xì)胞含有用于選擇抗CRISPR活性的遺傳回路。簡(jiǎn)而言之，這意味著含有具有潛在抗CRISPR基因的質(zhì)粒的細(xì)胞將對(duì)某種抗生素產(chǎn)生抗性。相反，質(zhì)粒不能賦予抗CRISPR活性的細(xì)胞會(huì)死亡。

通過(guò)該系統(tǒng)，研究人員可以輕松檢測(cè)和選擇具有抗CRISPR活性的DNA并將其追溯至其起源。使用這種宏基因組庫(kù)方法，科學(xué)家們能夠識(shí)別出能夠避開(kāi)Cas9活性的11個(gè)DNA片段。

然后進(jìn)一步表征可以確認(rèn)四種新的抗CRISPR的活性。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的基因存在于多種環(huán)境中的細(xì)菌中，例如生活在昆蟲(chóng)腸道，海水和食物中的細(xì)菌。

這表明新發(fā)現(xiàn)的基因在生命樹(shù)的許多細(xì)菌分支中傳播，并且在某些情況下有證據(jù)表明這些基因中的一些在進(jìn)化過(guò)程中已經(jīng)多次水平轉(zhuǎn)移。

“我們發(fā)現(xiàn)的抗-TCRF在自然界中如此豐富，這一事實(shí)表明它們非常有用，從生物學(xué)的角度來(lái)看具有重要意義，”Novo Nordisk基金會(huì)生物可持續(xù)性研究中心(DTU)科學(xué)主任兼教授Morten Sommer說(shuō)。 )。

這些研究結(jié)果表明，與以前提出的相比，抗CRISPR在噬菌體和宿主之間的相互作用中可能發(fā)揮更大的作用。

有用的基因組編輯開(kāi)關(guān)

該領(lǐng)域的早期研究已經(jīng)證明，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行基因組編輯時(shí)，抗CRISPR蛋白可用于減少錯(cuò)誤，例如在非靶位點(diǎn)切割DNA。

“今天，大多數(shù)使用CRISPR-Cas9的研究人員難以控制系統(tǒng)和脫靶活動(dòng)。因此，抗CRISPR系統(tǒng)非常重要，因?yàn)槟Ｍ軌虼蜷_(kāi)和關(guān)閉系統(tǒng)以測(cè)試活動(dòng)。因此，這些新蛋白質(zhì)可能變得非常有用，“Morten Sommer說(shuō)。

研究人員實(shí)際上發(fā)現(xiàn)這四種新的抗CRISPR蛋白似乎具有不同的性狀和特性。展望未來(lái)，進(jìn)一步調(diào)查將是非常令人興奮的。