该研究为CRISPR免疫系统的进化提供了新的思路

通过对遗传工具CRISPR(可以直接编辑我们的基因)如何进化和适应的新见解，我们现在离理解自然界不断为生存而斗争的基础又近了一步。研究结果可用于未来的生物技术。

2020年，诺贝尔化学奖授予了伊曼纽尔夏彭蒂埃(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗杜德(Jennifer A. Doudna)，他们发现了CRISPR-Cas背后的分子机制，并将这一技术用作遗传工具。虽然CRISPR-Cas在生物技术和医学中有许多用途，但它起源于自然界，在自然界中具有微生物免疫系统的功能。

正如我们的免疫系统记得已经暴露在我们生活中的病原体一样，CRISPR-Cas使微生物能够通过在自己的基因组中储存少量病毒脱氧核糖核酸，对以前遇到的病毒做出快速反应。

CRISPR-Cas自然存在于大多数细菌和所谓的古细菌中。在考察地球生命起源时，古细菌特别有趣，因为它们在细菌和像我们这样的高等真核生物细胞之间形成了“缺失的联系”。因此，对这些生物的研究可以为我们提供关于CRISPR-Cas免疫系统是如何进化上亿年的重要见解。

新的结果揭示了为什么CRISPR-Cas基因中存在毒素。

奥胡斯大学分子生物学和遗传学系的研究人员的新研究成果——与美国弗吉尼亚州哥本哈根大学和老米农大学的领先研究人员密切合作获得，并发表在两个领先的国际期刊上——现在揭示了CRISPR-Cas是如何在地球生命发展的早期阶段出现的，以及这种免疫系统是如何不断适应新挑战的。

由副教授Ditlev E.Brodersen领导的奥胡斯研究小组发现，负责将外来病毒DNA掺杂到微生物自身基因组中的CRISPR-Cas的一部分是如何起源于细菌和古细菌中另一个非常常见的基因，并令人惊讶地编码毒素的。

因此，新的知识为进化过程提供了见解，在进化过程中，毒素基因存在于生命发展的早期阶段，随着时间的推移，它被整合并适应到CRISPR-Cas模块的一部分，这是许多微生物迄今为止所拥有的。我们第一次有了一个长期困扰研究者的答案，那就是为什么毒素基因存在于CRISPR-Cas基因中。

研究人员了解一些蛋白质如何在几种不同的情况下被“回收”是非常有用的。因为当我们知道某些蛋白质的所有功能时，就有可能将其作为基因工程中的一种特定工具。例如，它可能会导致病原菌将其CRISPR-Cas系统引向自身，从而避免感染。"

在著名杂志《自然通讯》上发表的另一篇文章中，研究人员描述了新的发现，这些发现为代表他们最大敌人的微生物和病毒之间的持续斗争提供了见解。

在沸腾的冰岛水坑中，有一种非常特殊的生物，即名为孤岛硫藻的古细菌。这种细菌已经适应了这个地方的生活。这种细菌的恒温温度为80-100，酸度相当于胃酸，是地球上最荒凉的地方之一。

然而，即使硫杆菌选择了一个非常没有吸引力的生存环境，它仍然会遇到阻力，尤其是小杆状病毒不断在细胞上穿孔，并将其外来的DNA注入其中，导致了硫杆菌的爆炸。大量的新病毒颗粒。为了避免这种命运，磺基龙虾开发了一个CRISPR-Cas防御系统，通过该系统，它在自己的基因组中存储了一小部分病毒脱氧核糖核酸，以抵御这些攻击。

然而，在不断升级的生死之争中，病毒提出了一个对策：它设法通过生产一种小武器来对付它，这种小武器是一种抗CRISPR蛋白，可以像翻转一辆苹果汽车一样，在硫杆菌中阻止CRISPR-Cas反应。

奥胡斯大学迪特列夫e布罗德森小组的新成果是与哥本哈根大学生物系副教授徐鹏密切合作产生的。这是第一次证明这场斗争是如何在沸腾的水池中发生的。

研究人员已经能够看到抗CRISPR蛋白如何与CRISPR-Cas系统中最大的蛋白牢固结合，从而直接防止其破坏病毒DNA。这样，病毒至少绕过了一段时间，被CRISPR-Cas击败。新的结果使科学家能够理解自然界正在进行的军备竞赛，以及生命的进化是一场持续的生存斗争这一事实。

——“我们现在知道了抗CRISPR蛋白如何阻断CRISPR-Cas免疫系统的细节，所以问题是这场军备竞赛的下一步。”列夫布罗德森说。“也许微生物会开始形成抗CRISPR蛋白，这是第三种可以阻止抗CRISPR蛋白发挥作用的蛋白，但我们还没有在古细菌中发现它们。所以现在，这种情况又开始了。列夫布罗德森说，“磺基龙虾占了一半”，“冷战在沸腾的水池里总是热的”。

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