發(fā)布日期：2018-01-30

        數(shù)十億年來，細菌一直運用復雜的防御體系保護自己免受噬菌體的入侵。人類通過解析這些免疫機制，研發(fā)出強大的分子生物學工具，例如耳熟能詳?shù)南拗菩詢?nèi)切酶、CRISPR/Cas9。然而，這只是“冰山一角”。

        1月15日，《Science》期刊一篇最新文章揭示，科學家們在細菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超10種免疫機制，是已知免疫防御體系的兩倍多。

圖片來源：期刊（DOI: 10.1126/science.aar4120）

        最新發(fā)現(xiàn)

        來自于以色列Weizmann研究所的分子遺傳學家Rotem Sorek帶領團隊試圖全面解析細菌的免疫防御系統(tǒng)。他們分析了來自于細菌、古生菌約45000個基因組，研究了位于 “防御島”（defense islands，已被證實的防御基因）附近的基因群。

        研究人員針對這些看起來很有前途的候選基因構(gòu)建出相應的細菌模型，隨后用大量的噬菌體檢測這些基因的防御功能。

        在他們測試的26個抗噬菌體系統(tǒng)中，有9個被證實參與抗病毒機制，另外有1個與防御質(zhì)粒（plasmid）有關(guān)。Rotem Sorek團隊用神話里的保護神命名這些系統(tǒng)，例如Druantia、Kiwa等。

        盡管其他16個系統(tǒng)并沒有在試驗中很好地躲過病原體的入侵，但是它們?nèi)匀挥锌赡苁怯行У姆烙到y(tǒng)。“這些系統(tǒng)可能額外需要一些編碼基因，或者相關(guān)啟動子等元素在細菌模型中不能正常工作。”研究人員解釋道。

        一些線索

        宏觀上講，Rotem Sorek團隊并沒有發(fā)現(xiàn)這些免疫系統(tǒng)保護細菌免受噬菌體入侵的具體機制，但是，他們發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于它們工作原理的線索：

        1）“Theoris”系統(tǒng)（以埃及負責分娩、生育的保護神而命名）包含一個TLR受體區(qū)域，負責調(diào)控細胞內(nèi)信號蛋白的互作，之前研究證實它與調(diào)控RNA干擾（RNAi）的原核Argonaute基因有關(guān)聯(lián)。

        2）“Zorya”系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)含有一個質(zhì)子通道的組成元素。“我們初步證實，一旦細菌被感染，質(zhì)子通道可能會‘自殺’，從而促使細胞膜去極化。”Sorek表示。

        研究意義

        研究人員認為，一旦了解免疫防御的機制，其中的關(guān)鍵分子/蛋白將有望被分子生物學加以運用，從而助力生命醫(yī)學發(fā)展，要知道當下熱門的“魔剪”技術(shù)CRISPR最初就是細菌體內(nèi)的一套天然免疫系統(tǒng)，此外，很多核酸工具酶同樣來源于微生物。

        Sorek 相信：“只要發(fā)現(xiàn)一個復雜的免疫系統(tǒng)，并最終解析它的機制，就有望被開發(fā)成一個非常有效的工具。”

        “從科學的角度看，這項研究很酷。” 北卡羅來納州立大學的CRISPR研究員Rodolphe Barrangou對此評價道，“很明顯，隨著對免疫機制的深入挖掘，我們將收獲具有強大潛能的分子工具。CRISPR的替代方案越多則越好。”

        參考資料：

        Researchers Discover 10 New Immune Systems in Bacteria

來源：生物探索