在土壤和人体肠道中发现新的抗CRISPR蛋白

发表在《细胞宿主微生物》杂志上的一项新研究表明，一些抗CRISPR蛋白在自然界中比以前预期的更广泛。这些抗CRISPR可能在未来更好地用于调控CRISPR-Cas9系统的活性。

CRISPR系统是一种细菌免疫系统，它使细菌能够有针对性地抵抗病毒(噬菌体)的感染。

CRISPR系统，尤其是Cas9，由于其可编程特性，目前在生命科学行业得到了广泛应用，有潜力提供突破性的基因治疗、新型抗生素和疟疾治疗。

有趣的是，在病毒和细菌的进化军备竞赛中，噬菌体进化出了抗CRISPR蛋白来克服细菌CRISPR系统。这些蛋白质可以迅速抑制宿主细菌的防御系统，使细菌容易受到感染。

尽管它们具有重要的生物学意义，但到目前为止，在非常特定的细菌亚组中只发现了少数抗CRISPR蛋白。目前的抗CRISPR蛋白在自然界中并不丰富。并且已经通过研究能够感染携带CRISPR-Cas9的细菌的噬菌体的DNA而被鉴定出来。利用这种方法，人们依靠能够培养细菌并能够感染和避免监控内源性CRISPR Cas9系统的噬菌体。

“我们采用了不同的方法，侧重于抗CRISPR的功能活性，而不是DNA序列的相似性。这种方法使我们能够在不能被噬菌体培养或感染的细菌中发现抗CRISPR。结果非常令人兴奋，”诺和诺德基金会生物可持续发展中心(DTU)博士后鲁本瓦兹奎乌里韦说。

研究人员通过使用来自四个人类粪便样本、两个土壤样本、一个牛粪便样本和一个猪粪便样本的总脱氧核糖核酸来鉴定抗CRISPR基因。将DNA切成小块，在细菌细胞的质粒上随机表达。该细胞含有选择抗CRISPR活性的遗传线路。简而言之，这意味着含有潜在抗CRISPR基因质粒的细胞将对某些抗生素产生耐药性。相反，不能被质粒赋予抗CRISPR活性的细胞会死亡。通过该系统，研究人员可以轻松检测和选择具有抗CRISPR活性的DNA，并追溯其来源。

利用这种宏基因组文库方法，科学家可以鉴定出11个可以避免Cas9活性的DNA片段。

进一步的表征可以证实四种新的抗CRISPR活性。系统发育分析表明，粪便样本中发现的基因存在于各种环境的细菌中，如生活在昆虫肠道、海水和食物中的细菌。这表明新发现的基因在生命之树的许多细菌分支中传播，在某些情况下，有证据表明其中一些基因在进化过程中已经被水平转移了几次。

诺和诺德基金会(Novo Nordisk Foundation)科学总监、生物可持续性研究中心(DTU)教授莫滕索默(Morten Sommer)表示：“我们发现的抗CRISPR药物在自然界中如此丰富，这一事实表明，从生物学的角度来看，它们非常有用，意义重大。)。

这些结果表明，抗CRISPRs可能在噬菌体和宿主之间的相互作用中发挥比以前建议的更大的作用。

该领域的早期研究已经证明，在实验室的基因组编辑中，抗CRISPR蛋白可以用来减少错误，例如在非靶位点切割DNA。

“如今，大多数使用CRISPR-Cas9的研究人员在控制系统和非目标活动方面都存在困难。因此，反CRISPR系统非常重要，因为你希望能够打开和关闭系统来测试活动。因此，这些新蛋白质可能会变得非常有用，”Morten Sommer说。

研究人员实际上发现，这四种新的抗CRISPR蛋白似乎具有不同的特征和特性。展望未来，进一步的调查将非常令人兴奋。

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