细菌休眠机制抑制噬菌体蔓延

来源：中国生物技术网

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细菌有着各种各样的防御机制，用来对抗以它们为目标的噬菌体。其中包括一系列名为CRISPR-Cas的保护性免疫系统。这种防御系统破坏噬菌体和细菌RNA导致细菌休眠。这样的休眠不仅可以限制该病毒的传播，还可以防止不相关的病毒和病毒突变体的侵染。

Meeske等人在《自然》杂志上发表文章的提出：当遭遇DNA噬菌体的侵染时，有一种CRISPR-Cas系统会破坏病毒和细菌的RNA，随后导致受感染的细菌细胞进入休眠状态，从而停止病毒复制所需的细胞生理活动以抑制病毒（包括可逃避其他类型CRISPR-Cas防御的突变体病毒，或与触发休眠的病毒无关的病毒）复制和病毒爆发。

图3 | 细菌对病毒感染的反应

CRISPR-Cas系统分为I到VI六种类型。此类系统大多会捕获、储存病毒DNA的短序列，将它存档在遗传信息中。这些序列用于指导向导RNA的合成，使Cas酶能靶向降解病毒DNA或RNA。另外，VI型系统是唯一破坏病毒RNA而非DNA的系统。

为了解休眠机制在抗病毒防御过程中的意义，Meeske等人使用李斯特菌和DNA噬菌体φRR4对VI型防御系统进行研究。他们编程了VI型系统，令它指导Cas13靶向不同的φRR4病毒序列，而后分析系统的抗病毒防御机制。实验结果发现：当它靶向病毒mRNA时，无论靶向的病毒mRNA是否由病毒复制所必需的基因合成，也无论基因在病毒感染过程中表达早晚，系统都能实现保护。在受感染的细胞中也有大量细菌RNA受到降解，这导致细菌进入休眠状态，而该细菌细胞存活但不能复制。这表明，具有VI型免疫力的噬菌体感染细菌确实为缺乏抗病毒感染免疫力的相同菌株的邻近细胞提供了抗病毒交叉保护。

虽然存在病毒突变体可以避开CRISPR-Cas系统的识别的问题，但Meeske等人的研究表明，这种突变病毒的爆发受野生型病毒的限制，因为野生型病毒可直接导致Cas13诱导的细菌休眠，而不需对突变体进行定靶。

Meeske及其同事的研究结果强化证实了CRISPR-Cas防御系统依赖于环境的观点。想要更好地了解不同细菌中的各种防御系统如何应对各类噬菌体，还需要进一步研究。