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除了CRISPR,細菌體內(nèi)還存在超10種免疫防御系統(tǒng)

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來源:轉(zhuǎn)載
  2018-02-01
1月15日,《Science》期刊一篇最新文章揭示,科學(xué)家們在細菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超10種免疫機制,是已知免疫防御體系的兩倍多。

       數(shù)十億年來,細菌一直運用復(fù)雜的防御體系保護自己免受噬菌體的入侵。人類通過解析這些免疫機制,研發(fā)出強大的分子生物學(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)家們在細菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超10種免疫機制,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)團隊試圖全面解析細菌的免疫防御系統(tǒng)。他們分析了來自于細菌、古生菌約45000個基因組,研究了位于 “防御島”(defense islands,已被證實的防御基因)附近的基因群。

       研究人員針對這些看起來很有前途的候選基因構(gòu)建出相應(yīng)的細菌模型,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個抗噬菌體系統(tǒng)中,有9個被證實參與抗病毒機制,另外有1個與防御質(zhì)粒(plasmid)有關(guān)。Rotem Sorek團隊用神話里的保護神命名這些系統(tǒng),例如Druantia、Kiwa等。

       盡管其他16個系統(tǒng)并沒有在試驗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)啟動子等元素在細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團隊并沒有發(fā)現(xiàn)這些免疫系統(tǒng)保護細菌免受噬菌體入侵的具體機制,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)(以埃及負責分娩、生育的保護神而命名)包含一個TLR受體區(qū)域,負責調(diào)控細胞內(nèi)信號蛋白的互作,之前研究證實它與調(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)含有一個質(zhì)子通道的組成元素。“我們初步證實,一旦細菌被感染,質(zhì)子通道可能會‘自殺’,從而促使細胞膜去極化。”Sorek表示。

       研究意義

       研究人員認為,一旦了解免疫防御的機制,其中的關(guān)鍵分子/蛋白將有望被分子生物學(xué)加以運用,從而助力生命醫(yī)學(xué)發(fā)展,要知道當下熱門的“魔剪”技術(shù)CRISPR最初就是細菌體內(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)一個復(fù)雜的免疫系統(tǒng),并最終解析它的機制,就有望被開發(fā)成一個非常有效的工具。”

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

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