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剪刀卡住了——细菌使用CRISPR/Cas9的另一种方式

2019/07/12 中广微生物

CRISPR/Cas9作为一种精确的基因编辑工具,近年来在生物技术领域受到广泛的关注。在人类重新利用CRISPR/Cas9之前,它是一种内部免疫系统细菌,通过切割噬菌体的DNA,来抵御噬菌体或感染细菌的病毒。

埃默里大学医学院(Emory University School of Medicine)和马克斯普朗克病原体科学研究所(Max Planck Unit for the Science ofPathogens)的科学家发现,CRISPR/Cas9的"剪刀"成分有时会卡住。Cas9是一种切割DNA的酶,它也可以在不进行任何切割的情况下阻止基因活动。在新凶手弗朗西丝氏菌(Francisella novicida)中,Cas9调控需要关闭的基因,使细菌致病。研究结果近日发表在《Molecular Cell》杂志上。

埃默里大学的微生物学家David Weiss博士和他的同事们几年前在寻找调节诺新凶手弗朗西丝氏菌毒性的基因时,已经发现了Cas9。novicida是引起tularemia的细菌的近亲,它生长在哺乳动物细胞内。为了阐明Cas9对毒性的重要性,他的实验室与德国Emmanuelle Charpentier博士领导的研究人员进行了合作。

研究人员发现,在F. novicida中,Cas9只调控4个基因,所有这些基因都必须关闭,这样细菌才能致病。在其DNA剪子/噬菌体防御作用中,Cas9是由一个互补于目标的RNA引导的。当Cas9作用于阻断基因活性时,Cas9使用不同的RNA引导序列,由于长度较短,不允许剪子剪切。在其他类型的细菌中,Cas9似乎对致病能力也很重要。

这篇论文的第一作者、研究生Hannah Ratner说:"这些发现增加了一种可能性,即在不同的细菌中,开启和关闭基因可能是Cas9的一种广泛功能。""这项研究提出的一个问题是,Cas9抑制转录的能力是否有助于解释大量未知的Cas9靶点。"

此外,研究人员能够对Cas9基因进行重新设计,以抑制一个新的靶点,即使细菌对最后一线抗生素产生耐药性的基因,从而使细菌对抗生素治疗重新敏感。

Ratner说:"同一种蛋白质具有多种不同功能的可编程性,这突出和扩展了Cas9在基因组工程应用中的惊人的通用性。"

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