新研究發現CRISPR-Cas系統潛在的新功能

微生物利用CRISPR-Cas系統作為防御病毒入侵的防御機制。在基因工程領域，這種微生物免疫系統被重新用于基因組成的靶向修飾。

在魯爾研究聯盟魯爾健康研究中心的微生物學家Alexander Probst教授的領導下，一個研究小組現在發現了這種特殊基因組序列的另一種功能:古細菌——在外觀上通常與細菌非常相似的微生物——也利用它們來對抗寄生蟲。該團隊最近在《Nature Microbiology》雜志上發表了他們的研究結果。

2020年，生物化學家Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因將CRISPR-Cas系統或“基因剪刀”用于基因工程的生物技術應用而獲得諾貝爾獎。然而，這種遺傳工具的許多功能至今仍未被探索。例如，微生物是否可以利用它們來對抗寄生在它們身上的其他微生物?

帶著這個研究問題，Probst分析了地殼深處微生物的遺傳物質?！暗厍蛏铣^70%的微生物生活在深層生物圈中。他解釋說:“如果我們想了解地球上的多樣性，就值得深入研究?！?/span>

這位微生物學家和他的團隊分析了美國間歇泉從深處噴出的水，以及日本地下實驗室的樣本。研究組重點研究了作為寄主和寄生蟲生活在生態系統中的古細菌。這種微小的微生物在細胞大小上與細菌非常相似，但在生理特性上卻有很大的不同。

他們的基因組分析結果提供了新的見解:宿主附近的寄生蟲明顯很少，并且宿主表現出對寄生蟲的遺傳抗性。研究人員在微生物基因組中的基因剪刀中發現了這一現象的原因。“在進化過程中，古細菌吸收了寄生蟲的DNA。如果具有相同DNA的寄生蟲現在攻擊生物體，那么外來遺傳物質可能會被CRISPR系統識別并可能被分解。這位微生物學家是分析環境樣本遺傳物質的專家，在他的實驗室里使用最新的方法，比如牛津納米孔技術，可以快速、全面地對物質進行測序。

為了排除他們只遇到孤立病例的可能性，研究人員將分析范圍擴大到7000多個基因組，并經常觀察到這種現象。在未來的研究中，這一發現也將有助于區分有益的共生體和有害的寄生蟲。如果已經有了CRISPR識別，那么這種微生物極有可能是寄生蟲。這也可能有助于更好地理解重要的代謝過程，比如生態系統中的碳流。

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