Cas13诱导细胞休眠，以阻止抗Crispr噬菌体的生长
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什么东西不杀死细菌，发而会使它更强壮？
对付侵略者最好的防御就是好好睡一觉。至少，这种策略似乎对细菌有效。
美国Rockefeller研究院的科学家们指出，受到病毒攻击的微生物不仅会攻击入侵的敌人，还会攻击他们自己。
这种剧烈的措施并没有杀死细菌自己，而是使它们进入休眠状态，以防止感染扩散。
恶性病毒
细菌把被称为噬菌体的病毒看成是头号公敌。
这些病原体通过将其基因组注射到毫无戒心的微生物中进行繁殖，最终导致宿主细胞破裂，此时后代噬菌体被释放出来，感染细菌群的其他成员。
为了减轻这些攻击，细菌进化出了称为Crispr的免疫机制，借助相关的Cas酶，可以检测并破坏外来的遗传物质。
微生物拥有许多不同的CRISPR系统，其中一个系统因其独特的防御入侵策略，而引起了Luciano Marraffini的注意。
大多数CRISPR Cas酶破坏病毒的DNA，而这种特殊的酶CRISPR Cas13蛋白通过切割RNA起作用。
"由于CRISPR CAS13蛋白的目标是RNA，最初被认为是通过RNA基因组阻止噬菌体的进化。问题是，RNA噬菌体极其罕见。所以我们想看看它是否已经进化成了一种不同的功能。"Marraffini说。
Marraffini和Meeske等人的研究表明，激活CRISPR cas13蛋白实际上可以保护细菌免受带DNA基因组的噬菌体的侵害，而DNA基因组的噬菌体更为常见。
但是，他们想知道，这种RNA切割酶能否保护微生物免受这种病毒的攻击？
通过一系列的实验，Meeske和他的同事分析了CRISPR cas13蛋白是如何影响RNA的。他们发现，这种酶广泛切割RNA，分解病毒和宿主细胞产生的RNA。不可思议的是，CRISPR cas13蛋白通过阻碍细菌而帮助细菌。这种酶会切断宿主RNA的片段，使细菌进入休眠状态—— 一种微生物存活但不生长的休眠状态。
当CRISPR-cas13蛋白剪断了可以被病毒利用的RNA区域，病毒无法复制。这表明宿主细胞在某种程度上阻止了病毒的繁殖。
当Meeske设计出CRISPR cas13蛋白无法识别的突变病毒时，这些病毒在Listeria菌体内大量繁殖。
但是，当突变的病毒添加上正常的、非突变的病毒实际上保护了细胞不受感染，它们使CRISPR cas13蛋白运作并切断细胞中的所有RNA。”这太违反直觉了，太令人惊讶了！”
没有RNA，细菌细胞不能继续生长和有功能。在无功能细胞中，突变病毒不能繁殖。
尚不清楚细胞是否能从休眠中恢复过来，或者最终死亡。但是，通过阻止病毒的复制，这些细胞可以保护更多的细菌种群免受威胁。
Meeske说，这种策略有效，因为病毒需要宿主RNA来复制。
他解释说：“噬菌体是寄生虫：它们没有繁殖所需的所有元素，因此它们依赖宿主。”如果宿主细胞不产生这些元素，噬菌体就不能繁殖。”
无处可逃
研究人员还发现，CRISPR Cas13蛋白酶比其他CRISPR Cas酶更能彻底地杀死病毒。标准的Crispr/Cas系统具有高度的特异性，能够切割出符合精确基因序列的DNA片段。
虽然这种特异性是一种有用的功能，但它也有一个很大的缺点：如果病毒变异，Crispr就不能识别入侵者，噬菌体也能逃脱惩罚。
Marraffini说：“如果一个噬菌体在其目标序列中有一个单点突变，那么通常情况下，这种病毒对CAS是不可见的，并且感染会成功。”
但有了CRISPR cas13蛋白，我们没有看到任何逃脱的突变体。”
研究人员将这种出色的抗病毒能力归因于这样一个事实：细胞休眠并不是针对一种特定的病毒，而是使包括突变体在内的任何噬菌体都不可能繁殖。
虽然不确定的小睡看起来不像微生物的生活，但Meeske指出，CRISPR cas13蛋白的真正好处不在于某个方面，而在于整个细菌群落。
他说：“噬菌体只有一次机会传递它的基因，并进行复制。”因此，如果他们把自己的基因组注射到一个不适宜居住的宿主体内，感染就会停止。
噬菌体丢失，细菌群获胜。”
图1 研究VI-A型CRISPR免疫的Listeria噬菌体感染模型。
a. ϕRR4基因组示意图。感染这种菌株的噬菌体还没有被鉴定出来。
我们对Listeria seeligeri RR430菌的基因组进行了测序，发现它含有一个42 kb的噬菌体，ϕRR4，类似于李斯特菌listeriophage A118。
尽管由溶血原诱导的ϕRR4颗粒没有感染李斯特 Seelegiri ATCC35967，但ϕRR4在密切相关的李斯特Ivanovii RR3菌株中传播（99.2%，16s rRNA测序确认）。
b. 利用pAM125载体，将Listeria Seeligiri ATCC35967的VI-A型CRISPR位点插入Listeria Ivanovii RR3的tRNAArg基因中，产生Listeria Ivanovii ΩCRISPRVI。
c. Listeria Ivanovii ΩCRISPRVI中的VI-A型抗质粒免疫试验
d. 通过VI型间隔库防止ϕRR4溶解感染。
e. 100个碱基对平均间隔物富集率, 感染后/感染前间隔物丰度。
参考文献
Cas13-induced cellular dormancy prevents the rise of CRISPR-resistant bacteriophage
Alexander J. Meeske, Sandra Nakandakari-Higa & Luciano A. Marraffini
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