數十億年來(lái)，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(lèi)通過(guò)解析這些免疫機制，研發(fā)出強大的分子生物學(xué)工具，例如耳熟能詳的限制性?xún)惹忻?、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(xué)家們在細菌體內發(fā)現了超10種免疫機制，是已知免疫防御體系的兩倍多。
最新發(fā)現
來(lái)自于以色列Weizmann研究所的分子遺傳學(xué)家Rotem Sorek帶領(lǐng)團隊試圖全面解析細菌的免疫防御系統。他們分析了來(lái)自于細菌、古生菌約45000個(gè)基因組，研究了位于 “防御島”（defense islands，已被證實(shí)的防御基因）附近的基因群。
研究人員針對這些看起來(lái)很有前途的候選基因構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(gè)抗噬菌體系統中，有9個(gè)被證實(shí)參與抗病毒機制，另外有1個(gè)與防御質(zhì)粒（plasmid）有關(guān)。Rotem Sorek團隊用神話(huà)里的保護神命名這些系統，例如Druantia、Kiwa等。
盡管其他16個(gè)系統并沒(méi)有在試驗中很好地躲過(guò)病原體的入侵，但是它們仍然有可能是有效的防御系統。“這些系統可能額外需要一些編碼基因，或者相關(guān)啟動(dòng)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(xiàn)索
宏觀(guān)上講，Rotem Sorek團隊并沒(méi)有發(fā)現這些免疫系統保護細菌免受噬菌體入侵的具體機制，但是，他們發(fā)現了一些關(guān)于它們工作原理的線(xiàn)索：
1）“Theoris”系統（以埃及負責分娩、生育的保護神而命名）包含一個(gè)TLR受體區域，負責調控細胞內信號蛋白的互作，之前研究證實(shí)它與調控RNA干擾（RNAi）的原核Argonaute基因有關(guān)聯(lián)。
2）“Zorya”系統被發(fā)現含有一個(gè)質(zhì)子通道的組成元素。“我們初步證實(shí)，一旦細菌被感染，質(zhì)子通道可能會(huì )‘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(xué)加以運用，從而助力生命醫學(xué)發(fā)展，要知道當下熱門(mén)的“魔剪”技術(shù)CRISPR最初就是細菌體內的一套天然免疫系統，此外，很多核酸工具酶同樣來(lái)源于微生物。
Sorek 相信：“只要發(fā)現一個(gè)復雜的免疫系統，并最終解析它的機制，就有望被開(kāi)發(fā)成一個(gè)非常有效的工具。”
“從科學(xué)的角度看，這項研究很酷。” 北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的CRISPR研究員Rodolphe Barrangou對此評價(jià)道，“很明顯，隨著(zhù)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。”
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