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越来越多的世界各地的研究人员利用一种细菌的防御机制被称为CRISPR-Cas9手术作为一种工具来编辑在活细胞的DNA。这项新技术使基因编辑更容易和更精确。但是这些系统在自然界中的作用仍不完全清楚。代尔夫特科技大学的研究人员已经确定的角色的一个蛋白质参与许多CRISPR系统,即Cas4。事实证明,这种蛋白质有助于形成入侵病毒的记忆元素,使细菌细胞免受病毒感染。病毒的记忆得到Cas4帮助细胞找到并摧毁入侵病毒生存足够快。发现是另一个重要一步CRISPR系统的一个完整的理解。
肉眼看是不可能的,但病毒和细菌在彼此战争。每一天,细小病毒样颗粒称为噬菌体杀死约三分之一的细菌在地球的海洋。“这种病毒注入他们的DNA或RNA细菌细胞,试图控制它,”斯坦博朗的代尔夫特科技大学的博士解释道。“如果这个劫机成功,这种病毒能够使用细菌作为小工厂生产的副本本身。”
遗传记忆
对抗病毒,生物进化赋予细菌与CRISPR-Cas9等防御机制,它有能力减少病毒DNA,从而中和威胁。不过,在此之前可能发生细菌需要有一个基因内存的病毒。它必须认识到病毒威胁。
等记忆形成一种细菌抓住病毒的DNA片段,并将其插入到自己的遗传密码。如果相同类型的病毒攻击细菌,减少蛋白质的细胞识别入侵者如Cas9。使用病毒的rna副本片段作为一种“小抄”,蛋白质开始打猎,破坏病毒,使细菌的安全。
病毒DNA片段
科学家们已经知道,这几个蛋白质参与每个CRISPR系统。然而,直到现在,蛋白质的作用称为Cas4一直不清楚。“我们知道它必须是重要的,但是,因为这种蛋白质存在于大多数CRISPR系统,”塞巴斯蒂安Kieper博士生说,项目负责人克里斯托瓦尔Almendros。
为了找出Cas4确实,科学家们介绍了Cas4基因在大肠杆菌细胞中含有的主要记忆形成CRISPR机械。在其他细胞,他们没有介绍这个基因。broun说:“我们发现这种细菌仍然形成的记忆没有Cas4入侵者,但那些记忆没有提供保护。”换句话说,只有当Cas4在场,入侵的DNA片段插入到基因组的细菌实际上赋予病毒抵抗细菌细胞。
记忆功能
进一步的研究揭示了细菌的原因不能使用没有使用Cas4记忆形成。这与PAMs(Protospacer相邻的图案),短DNA序列组成的一个小的碱基对数量作为识别Cas9等蛋白质。“任何人做基因组编辑Cas9就知道选择一个PAM对实验的成功至关重要,“broun说。
细菌面临同样的问题。“当选择一段DNA插入细菌基因组作为记忆,CRISPR系统需要选择一个序列,两侧是帕姆,“博朗解释道。“中科院蛋白质将使用PAM序列来找到自己的目标。它不会目标DNA序列不陪同下PAM。”也因此,PAMs作为保障,防止Cas蛋白质减少细菌的DNA。
Cas4的角色是确保只有序列两侧PAM插入细菌的DNA。这导致功能记忆时可以使用病毒再次试图攻击细菌.
研究人员目前正在研究这一过程是如何工作的,以及如何可以利用这一发现。也许可以引入以外的生物适应性免疫微生物自然不具备CRISPR防御系统。
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