Nature：“武林高手”细菌CRISPR系统VS病毒，以快为尊

　　CRISPR是规律间隔性成簇短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat）的简称，Cas是CRISPR相关蛋白的简称。

　　CRISPR是一种细菌免疫系统。它也是一种强大的基因组编辑工具。在与病毒的斗争当中，打响的第一枪通常是注射。想要感染细菌的病毒刺入细菌细胞的保护性细胞壁，注入它自己的遗传密码。如今，来自美国洛克菲勒大学的一项新的研究揭示出细菌如何利用CRISPR快速地抵抗这种到来的威胁。这一发现解答了一个由来已久的CRISPR如何发挥作用的难题。相关研究结果于2017年3月29日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“CRISPR–Cas systems exploit viral DNA injection to establish and maintain adaptive immunity”。

　　科学家们已经了解的基础事实是：当细菌细胞被病毒DNA入侵时，它的CRISPR系统捕获病毒的DNA片段（即间隔序列），并对这些DNA片段进行登记。一旦相同的病毒再次入侵，这种CRISPR系统就快速地识别它。

　　论文通信作者、洛克菲勒大学细菌学实验室主任Luciano A. Marraffini说，“大约10年来，我们已知道CRISPR系统通过获取病毒DNA片段发挥作用，但是在CRISPR免疫系统中这种关键的步骤在感染期间何时发生仍然是个谜。”他研究当地细菌中的CRISPR系统。

　　在他的实验室中开展的实验揭示出当入侵的病毒一开始将它自己注射到细菌细胞中时，CRISPR就采取行动。

　　挑剔的CRISPR

　　为了阐明这种时间安排，Marraffini和他的团队设计实验：在不同的时间点上阻止病毒生命周期。博士后研究员Joshua W. Modell和研究生Wenyan Jiang随后研究了CRISPR系统以便观察它何时和如何获得来自病毒的间隔序列（spacer）。

　　并不是任何病毒DNA都对CRISPR有用。之前的研究已证实，它偏好来自DNA松散末端的间隔序列。这种偏好缩小了它的选择，这是因为病毒DNA仅在感染的某些时间点采取线性形式，而在它的感染的剩余时间，它的DNA两个末端连接在一起，形成一种环形结构。

　　Marraffini团队在三个时间点上阻止这种病毒感染。但是不论他们在何时阻断这种感染，CRISPR持续地获得间隔序列，这表明它从一开始，也就是在病毒注射它的基因组到细菌细胞中的时候，就获得它们。

　　早期防御

　　这种时间安排比较重要。通过从病毒首先注入细菌细胞中的DNA末端获得间隔序列，CRISPR确保一旦这种感染下次再次出现，它就攻击这种病毒。当Marraffini团队改变CRISPR系统使得它含有与病毒最后注入细菌细胞中的DNA末端相匹配的间隔序列时，病毒仍然能够增殖。

　　Modell说，“这就证实CRISPR系统是非常聪明的。它利用病毒生命周期的一点细微差异来尽可能早地阻止病毒感染。”