CRISPR意想不到的应用：一种新颖的方式保护细菌免受病毒感染

一项新研究发现，CRISPR不仅能够在细菌中识别和切割入侵病毒的DNA，还能够与其他蛋白质协同作用，增强细菌对病毒的防御。研究人员发现，一种叫做Csx28的漏斗状蛋白能够在CRISPR的激活下，扰乱细菌的膜的通透性，使得病毒DNA难以在细菌内部复制。这一发现是“出乎意料的，并引发了各种新的问题”，圣路易斯罗切斯特大学的生物化学家马克·杜蒙特(Mark Dumont)说。他是这项研究的合作者之一。

这项研究涉及了一系列实验，其中大肠杆菌被一种感染细菌的病毒或噬菌体(enterobacteria phage λ)感染。这种噬菌体像登月舱一样附着在细菌表面，并将其DNA注入细胞内，制造自己的复制品。

大肠杆菌则利用CRISPR进行反击，通过匹配之前遇到过的噬菌体的重复DNA片段来识别威胁，然后使用一种叫做Cas13b的酶将入侵的DNA切成碎片。

研究人员发现，当Csx28存在于细菌内部时，病毒的复制速度变慢了。这种蛋白只有在与Cas13b一起工作时才有效，这表明它们两者之间有协调作用，共同消灭病毒。

当Cas13b和Csx28同时存在时，释放出感染性病毒颗粒的细菌比例从大约19%降低到大约3%，而且每毫升的噬菌体数量也显著减少。换句话说，病毒没有像平常那样能够大量复制。

研究人员使用一种叫做冷冻电子显微镜的技术检查了Csx28蛋白的结构，发现它像一个漏斗，中间有一个孔。这引起了一种可能性，即该蛋白形成了一个膜孔，并且干扰了细胞的代谢，使其成为一个不利于病毒生存的环境。

研究人员使用一种技术来测试这个假设，该技术可以使细胞在失去其膜电位后发出荧光。膜电位是由于细胞内外离子浓度差而产生的一种小电荷。他们发现，两种蛋白一起导致膜去极化，使得大量带电原子涌入，从根本上改变了细胞的内部环境。在90分钟后，40%的细菌群体以这种方式去极化了。

“当你阅读这篇论文时，你会想……‘什么？’这是什么奇怪的机制。”罗切斯特大学的分子生物学家约翰·卢克(John Lueck)说。他没有参与这项研究。

“令人印象深刻的是，该团队发现了这种与我们之前见过的任何东西都不相似的孔状蛋白，”他说。“这很令人兴奋，因为在科学中，当你触及某个新颖东西的表层时，常常会发现表层之下藏着一个全新的世界。”

这篇论文发表在《科学》上。

https://www.sciencealert.com/crispr-protects-bacteria-from-invading-viruses-in-a-completely-unexpected-way