Science：严重突破!万万不要单个分离，否则我就投毒!我国迷信家提醒CRISPR

2021年4月30日讯/BIOON/---CRISPR-Cas体系无效地维护细菌和古免受病毒和其他类型的外来DNA的损害，然则，作为进攻体系的特征，它们也给宿主带来不行漠视的顺应本钱，例如，的危险和对外源无益基因的排挤。据推测，这些价值招致CRISPR-Cas在细菌中的频仍丧失，这反映在这种体系的斑片状散布上，乃至在亲缘关系较近的细菌菌株之间。然而，在今朝的基因组序列数据库中，约40%的细菌和约90%的古基因组携带CRISPR-Cas位点，这标明除了顺应性免疫的间接益处外，能够还存在加重CRISPR体系的本钱并避免其损失的机制。

在一项新的研讨中，来自中国迷信院、中国迷信院年夜学和四川师范年夜学等研讨机构的研讨职员特殊研讨了一种古I-B型CRISPR-Cas体系，它包含一个长311个碱基对（bp）的基因间区域，在这种体系中，编码CRISPR效应物Cascade亚基的基因不克不及独自剔除，但可以很容易地作为一个整体剔除。这些察看成果标明，Cascade基因盒（cas6-cas8-cas7-cas5）包含一个有毒身分，使其对宿主成瘾（一旦任何一个cascade基因被剔除就会惹起细胞毒性）。相关研讨成果颁发在2021年4月30日的Science期刊上，论文题目为“Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems”。

这些作者克隆并普遍阐发了cas6和cas8之间的这个长311bp的基因间区域，这使得他们可能确定被Cascade克制的毒素基因creT，以及一个相关的CRISPR反复序列样序列（CRISPR repeat–like sequence），该序列仿佛是克制creT转录所需的。他们猜想该CRISPR反复序列样序列是CRISPR RNA相似抗毒素（CRISPR RNA–resembling antitoxin, CreA）RNA的一部门，它与Cascade一路独特克制毒素基因creT。他们揣摸，CreTA（即creT和CreA）将使cascade基因对宿主成瘾，即让这些cascade基因不会分开宿主。

cas6和cas8之间的这个基因间序列在缺乏一个或多个cascade基因的细胞中惹起毒性。通过普遍的渐变阐发，这些作者确定了RNA毒素基因creT及其症结序列元件，即一个弱小的Shine-Dalgarno基序、一个无效的肇端暗码子、两个紧靠上游的小精氨酸暗码子（AGA）和一个稳定的茎环构造的组合。tRNAUCU的适量表白缓解了CreT的毒性，这就支持一种机制，即这种RNA毒素通过断绝稀疏的精氨酸tRNAUCU来阻止细胞成长。

毒素-抗毒素RNA对CreTA维护CRISPR-Cas，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abe5601。

对CreT及其相邻序列的渐变阐发显示，相邻的CRISPR反复序列样序列是克制CreT毒性所必须的。这个CRISPR反复序列样序列之后紧接着是一个距离序列样序列（spacer-like sequence）和一个转录终止子。通过Northern印迹和RNA测序，这些作者证明了CreA RNA---一种缺乏3′柄的CRISPR RNA变体---的表白。CreA的距离序列样序列与creT的启动子（PcreT）部门婚配，并且通过使用一个申报基因，他们证明当与Cascade造成复合物时，CreA克制PcreT。与CRISPR烦扰相似的是，对creT的克制必要距离序列附近基序（protospacer adjacent motif, PAM）和PAM-近端碱基配对。在缺乏CreTA的细胞中，cascade基因容易遭到转座因子的毁坏。他们的阐发确定了多个与分歧的古细菌和CRISPR-cas位点相关而且含有与各自CRISPR体系绝对应的PAM的CreTA相似物。值得注意的是，这些CreTA相似物在核酸序列上简直没有激进性，这标明它们曾经高度不同地退化，是以可以想象，它们应用了分歧的毒性机制。

综上所述，这些数据发现了曩昔没有注意到的毒素-抗毒素RNA对，它们通过使CRISPR-cas位点对宿主细胞上瘾来避免其丧失。用于基因调控的CRISPR效应物自然产生的重编程突出了CRISPR-Cas在细菌和古中的多功效性，并说明了抗病毒进攻和基因调控的退化这一新兴课题。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

Ming Li et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abe5601.