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与人类一样，细菌受到病毒的攻击，依靠免疫系统来保护自己。被称为CRISPR的细菌免疫系统可帮助微生物“记住”它们遇到的病毒，并在将来更容易抵御它们。自从研究人员在2000年代中期首次发现CRISPR以来，他们发现了一些特殊的东西：它记录了与病毒的对抗，将最近的攻击置于一系列遗传编码的记忆中。
现在，洛克菲勒大学的两位研究人员已经解释了为什么微生物以这种特殊的方式存储他们的免疫记忆。他们的结果于9月8日在Molecular Cell中描述。“直到现在，还没有人知道这种组织特征是否有用，更不用说可能是什么了，”资深作者Luciano Marraffini说，他是副教授兼细菌学实验室负责人。“我们找到了答案：它允许微生物对其最近的威胁发起最强的免疫反应，这可能是最有效的威胁。”
微生物CRISPR系统通过从它们捕获遗传片段并将它们像珠子一样存储在弦上来记忆病毒。(CRISPR代表聚集的规则间隔短回文重复序列。)如果细胞再次遇到特定病毒，则CRISPR相关(Cas)酶使用这些称为间隔物的片段来识别和切割病毒。由于这种精确性，一个这样的系统CRISPR-Cas9已成为编辑基因组的强大工具。
一段时间以来，研究人员一直想知道为什么CRISPR系统会创建一个与细菌攻击病毒相遇的时间记录，称为噬菌体。
Marraffini和第一作者，实验室的研究生Jon McGinn确定，他们称之为领导锚定序列的一小块细菌基因组负责将最新的病毒片段指向CRISPR内的第一个位置。当这个序列被改变时，CRISPR停止向前面添加新的间隔物并开始将它们进一步插入下游。
他们发现带有错位的间隔物的细菌仍然能够抵抗低浓度的噬菌体，但是在高水平的噬菌体中这些细菌更容易受到攻击。
“当周围的其他受感染细胞死亡并释放出新的病毒颗粒的天文水平时，一个单独的细菌会获得新的间隔物，”McGinn说。“我们认为这个系统确保细胞能够在其生存的菌落被噬菌体淹没时自我保护。”
虽然这项研究有助于科学家了解CRISPR系统如何在其天然细菌中发挥作用，但它也可能对基于CRISPR的新型生物技术产生影响，这种生物技术迄今仍然是科幻小说的一部分。
“合成生物学家有创造生物记录设备的雄心，这些设备可以使用活细胞来存储信息。例如，这样的技术可以记录细胞暴露于环境刺激甚至是脑细胞的活动”Marraffini说。“通过获取病毒攻击的连续遗传记忆，CRISPR已经完成了这个版本，我们的工作有助于解释这个潜在模板是如何工作的。”
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