Science：提醒护卫CRISPR

2020年，基于CRISPR-Cas9体系树立的基因组编纂技术得到“2020年度诺贝尔化学奖”。该生物技术来源于迷信家对微生物中一种特别的免疫体系（即CRISPR-Cas体系）的研讨。CRISPR-Cas体系是在原核微生物（古菌和）中普遍存在的抗病毒（噬菌体）免疫体系。宿主菌通过将入侵病毒的特定DNA序列拔出其CRISPR构造中，可造成对该病毒的永恒性“影象”。这些影象性序列（称为spacer）可转录加工天生crRNA，指导CRISPR-Cas体系效应物（如Cas9或Cascade复合物）特同性辨认和切割再次入侵的病毒，完成对该类病毒的顺应性免疫。CRISPR-Cas体系丰厚多样的功效组分和核酸靶向机制，为人类提供了迄今最高效的基因组编纂技术（如CRISPR-Cas9体系）和基因检测技术（如CRISPR-Cas13a体系），是近十余年来性命迷信研讨的前沿。

CRISPR-Cas体系在微生物基因组中稳定性维持是其抗病毒功效完成的症结根底。一方面，CRISPR-Cas体系具备自我免疫的危险，并能够障碍无益外源基因的获取，是以可对宿主细胞形成得当度价值（fitness cost）而能够在退化进程中频仍丧失。另一方面，微生物宿主与其病毒的“武备比赛”中，CRISPR-Cas体系也会成为病毒反攻（Anti-CRISPR）的目的而丢失功效。面临多重的退化压力和顺应性挑战，CRISPR-Cas体系为何能在微生物中普遍存在（存在于约90%的古菌和40%中）并发扬其功效？在微生物宿主基因组中是否存在一类维护CRISPR-Cas功效但至今尚未被提醒的“暗物资”？这些成绩有待进一步探求。

Science以长文模式在线颁发了中国迷信院微生物研讨所研讨员向华/李明团队的最新研讨结果，论文标题为Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems。科研职员初次在自然界散布普遍的I型CRISPR-Cas基因簇外部发现了一类特别的RNA“暗物资”：一类对其偶联的CRISPR-Cas体系具护卫功效的一对RNA的毒素-抗毒素（CreTA）体系。因为CRISPR-Cas体系可应用RNA抗毒素CreA节制RNA毒素CreT的表白，使宿主菌无奈丧失其CRISPR-Cas体系（对其“上瘾”）。一旦CRISPR-Cas组分被毁坏，就会诱导CreT毒素的表白，从而克制甚或杀死该宿主菌（图1），从而维护CRISPR-Cas体系在细胞群体中的稳定存在。“成瘾”机制的发现为懂得CRISPR-Cas体系的稳定性维持和普遍性散布提供了全新视角，研讨还提醒了一年夜类新的功效多样的小RNA（曾被称为基因组中的“暗物资”），开发了新的研讨畛域。

2014年，向华/李明团队即应用西班牙盐盒菌（Haloarcula hispanica）及其病毒在国内上树立了第一个I型CRISPR体系的高效顺应模子，提醒出CRISPR体系对病毒高效顺应必要引发的纪律，并深化解析了“引发顺应”进程精密的分子机制，包含Cascade与crRNA的可塑性。研讨发现，4个成簇的编码CRISPR效应复合物Cascade的基因（cas6-cas8-cas7-cas5）无奈独自敲除，但可作为整体一路敲除，从而推测这个基因簇外部能够暗藏了一个未知的“细胞成瘾”元件。颠末7年摸索，科研职员终极在cas6与cas8之间一段仅311 bp的基因间区内发现一类新的小RNA毒素-抗毒素体系，别离定名为CreT（RNA毒素）和CreA（RNA抗毒素）。CreTA通过与CRISPR效应复合物4个编码基因的构造与功效的偶联，守护了CRISPR-Cas体系的稳定性（图1）。该研讨的次要立异性发现包含：初次发现受Cascade卵白节制的小RNA毒素；解析了小分子RNA毒素CreT共同的抑菌机制；发现CreA抗毒素——相似crRNA的小分子RNA；提醒CreA RNA结合Cascade发扬抗毒素活性的分子机制；提醒CreTA对CRISPR-Cas体系的护卫功效；提醒CreTA同源或相似体系在分歧微生物和分歧CRISPR亚型中的广泛存在。(100yiyao.com）