諾獎得主Science重大發現：新型CRISPR系統

日期：2016-02-26 13:17:14

來自德克薩斯大學奧斯汀分校、斯坦福大學醫學院和其他兩家研究機構的科學家們發現，細菌具有一個可以識別及破壞危險病毒的系統，其利用了涉及核糖核酸（RNA）的一種新機制。它與捕獲外源DNA的CRISPR/Cas系統非常相似。這一研究發現有可能促成一些更好的方法來阻止殺死農作物及阻礙奶酪和酸奶等乳制品生成的病毒。

這項研究在線發布在2月25日的《科學》（Science）雜志上。斯坦福大學病理學與遺傳學教授Andrew Fire，與德克薩斯大學奧斯汀分校細胞與分子生物學研究所所長lan Lambowitz是這篇論文的共同資深作者。Andrew Fire因發現RNA干擾而共享了2006年的諾貝爾生理學或醫學獎。

RNA和DNA對于生命至關重要。在人類及許多生物體中，DNA分子是身體的藍圖，而RNA分子則是施工者——閱讀藍圖，構建身體并維持生命功能。

研究小組第一次發現了細菌可以從病毒入侵者那里奪得一些RNA片段，并將這些RNA整合到自身的基因組中，利用這一信息來作為辨認照片。在未來它們會幫助細菌識別及破壞危險的病毒。

Lambowitz說：“這一機制在細菌中發揮了防御作用。你可以想象將它移植到其他生物體內，利用它來作為一種病毒探測器。”

新發現的機制將來自病毒的DNA和RNA辨認照片儲存到了細菌的基因組中。研究人員說，從進化的觀點來看這是有道理的，因為一些病毒是基于DNA，而另一些則是基于RNA。

Lambowitz說，下一步研究人員可以探討如何遺傳改造諸如西紅柿一類的作物，使得它們的每個細胞攜帶上這種病毒探測器。然后研究人員可以進行可控的實驗室實驗，改變環境條件來觀察這些改變會對病原體的傳播造成怎樣的影響。

“組合這些植物與它們面對的環境（無論是自然的或是應用除草劑、殺蟲劑或殺菌劑），有能促使發現病毒進入到這些植物去的機制及潛在的載體是什么，”論文的共同第一作者、德克薩斯大學奧斯汀分校助理研究員Georg Mohr說。

另外就是應用于乳制品行業中，因為病毒經常感染生產奶酪和酸奶的細菌，導致生產過程減慢或甚至阻止乳制品生成。當前，阻止病毒感染的過程復雜且代價高昂。Lambowitz和Mohr說可以改造乳酸菌來記錄它們的病毒互作，并抵御繼發感染。

這一基于RNA的防御機制與以往發現的CRISPR/Cas密切相關，在CRISPR/Cas中細菌是奪取DNA片段并將它們作為辨認照片儲存。這種方法已促使開發出了一種可編輯幾乎所有活體生物基因組的新途徑，發動了一場生物研究革命并引發了一場專利戰，研究人員說并不期待這一新發現將對基因編輯起作用。但利用這一酶機制來將一些RNA片段整合到基因組中十分地新奇，其具有潛在的生物技術應用價值。

研究人員是在一種海洋常見細菌Marinomonas mediterranea中發現這一新防御機制的。它是一類叫做γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）的微生物的組成部分，γ-變形菌綱中包含許多的人類病原體，包括引起霍亂、鼠疫、肺感染和食物中毒的細菌。