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科学家发现了10种新的细菌防御系统

早在CRISPR作为一种精确的基因编辑工具名声大噪之前,它就已经有了另一项工作,即保护细菌免受病毒入侵。而且它并不孤单。研究人员1月25日在《科学》杂志网络版上报道,10组细菌基因具有相似的新发现的防御作用。

加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的微生物学家约瑟夫·邦德-德纳米(Joseph Bondy-Denomy)说,这个发现“可能是细菌中已知免疫系统数量的两倍多”,他没有参与这项研究。

细菌对被称为噬菌体的致命病毒很脆弱,噬菌体可以劫持细菌的遗传机制,迫使它们产生病毒DNA。一些细菌使用一种名为CRISPR的系统保护自己免受噬菌体攻击,这种系统存储过去入侵者的DNA片段,以便细菌在未来能够识别和抵御这些噬菌体(SN: 4/15/17,第22页)。但是,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的微生物基因组学家、该项研究的共同作者罗特姆索雷克(Rotem Sorek)说,只有大约40%的细菌具有CRISPR。这就是他和他的同事们寻找其他防御机制的原因。

索雷克说,与防御相关的基因往往在基因组中聚集在一起。因此,他的团队从45000个微生物中筛选基因信息,标记出位于已知防御相关基因附近具有未知功能的基因群。

许多携带这种基因家族的细菌来自遥远的地方,比如海底。所以研究人员利用基因数据合成相关的DNA和他们插入大肠杆菌和枯草芽孢杆菌,这都可以种植和研究在实验室,研究人员追踪细菌如何抵抗噬菌体攻击当家庭中各种基因被删除。如果去掉某些基因会影响细菌抵抗噬菌体的能力,那么这个结果表明这组基因是一种防御系统。

研究人员发现,9组细菌基因被证明是抗噬菌体防御系统,其中一组系统对另一种外来DNA来源质粒具有保护作用。

先前发现的抗噬菌体保护系统,如CRISPR,已经用首字母缩略词来描述,但是,索雷克开玩笑说,“我们已经没有首字母缩略词了。因此,新的系统以保护神的名字命名——就像来自斯拉夫神话的两位女神卓娅。

Sorek说,这些数据还揭示了细菌免疫系统和更复杂生物的相似防御系统之间可能的共同起源。其中一些基因含有DNA片段,这些片段也被认为是植物、哺乳动物和无脊椎动物先天免疫系统的重要组成部分。

bond - denomy预测,这项研究很可能会引发一系列新的研究,以弄清楚这些新的防御系统是如何工作的,以及它们是否像CRISPR一样,也可能是有用的生物技术工具。

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