未发现CRISPR-Cas系统的新细菌防御机制

CRISPR-Cas系统是一种在许多细菌中发现的免疫系统。它可以保护免受病毒和其他分子寄生虫的侵害,这些寄生虫可以侵入细菌并接管其基因组。在这些系统中,免疫是由复杂的多蛋白分子机制介导的,该机制使用RNA分子作为分子指导来识别入侵者并将其靶向破坏。到目前为止,人们已经知道复合物本身具有核酸酶活性 - 它可以直接降解入侵病毒的DNA和RNA。现在,由苏黎世大学的Martin Jinek领导的国际研究小组发现了一种新机制,入侵者将被摧毁。

信号分子激活另外的抗病毒酶

CRISPR-Cas系统的靶向机制由衍生自聚集的规则间隔短回文重复序列(CRISPR)和CRISPR相关蛋白(Cas)的RNA序列组成。虽然CRISPR RNA识别入侵者的遗传物质,但Cas蛋白质像分子剪刀一样切割它。在CRISPR-Cas系统的一个子集(称为III型)中,研究人员发现了一个惊人的发现。当靶向机器识别入侵者时,它会合成一个“第二信使”:一个小的环状RNA分子。这种信号分子可以在细菌细胞内扩散,并激活另一种叫做Csm6的RNA降解酶,然后有助于破坏病毒的RNA。

与人类先天免疫系统相似的机制

“通过这种方式,当被感染的细菌细胞中的CRISPR-Cas系统变得不堪重负时,”Martin Jinek解释说,“它通过第二信使发出警报,以获得另一种防御机制的帮助以消灭病毒。” 在他们的研究中,研究人员能够确定细菌中前所未有的防御机制。此外,之前从未在自然界中观察到由CRISPR-Cas系统产生的第二信使分子。此外,新发现的细菌防御机制与在人类先天免疫系统中起作用的众所周知的抗病毒机制具有一些意想不到的相似性。“因此,细菌以自己的方式,以与人体细胞相似的方式对抗病毒感染,”Jinek补充道。