科学家“劫持”细菌的免疫系统

2012年1月5日，据《每日科学》报道，细菌具有适应性免疫系统，以保护它们免受个别病毒和其他外来侵略者的攻击，这些知识对于科学界来说，还相对比较新。现在世界各地的科学人员正在研究这些系统如何发挥作用并将这些知识应用到工业和医药领域。



现在，格鲁吉亚大学的一支研究队伍已经发现如何利用细菌的免疫系统来选择性靶向和沉默基因。这项研究，在线发表于最新一期的《分子细胞》（Molecular  Cell）期刊上，揭示了一个强大的新工具，将对生物技术和生物医学研究领域产生深远的影响。



\"科学家研究细菌和其他微生物，以了解基本的生活过程并改善它们在食品、生物燃料和药品安全生产中的应用，并打击那些能引起疾病的细菌，\"Michael  Terns说，UGA富兰克林艺术和科学学院生化分子遗传学教授。  \"现在我们有一种新的方式来编程细菌，以减少甚至消除我们所选的基因的表达。\"



细菌免疫系统由两部分组成。第一部分为RNA（一种分子，与DNA一样，包含遗传信息），它发挥着寻的信号（即寻找目的）靶向病毒或其他细胞入侵者。第二部分是一组复杂的蛋白质，负责切割入侵者的遗传物质。2009年发表于《细胞》（Cell）期刊上的一篇文章中，Terns和联合首席研究员Becky  Terns及他们的同事第一次描述了这个途径--即CRISPR-Cas免疫系统的Cmr分枝是如何工作的。



在他们的最新研究中，研究人员进一步加深了他们对这个系统的了解，并且利用这些深度知识来劫持细菌的免疫系统，指导它的寻的系统靶向研究人员所选择的目标。



使用定制的带有一个修饰寻信号的CRISPR  RNA，科学家们能够摧毁一种蛋白质的编码信息，这种蛋白质负责抵抗最常见的抗生素家族，β-内酰胺类抗生素（包括如阿莫西林）。



Becky  Terns，乔治亚大学团队的共同领导，解释说，\"在这项研究中，我们发现了系统通常使用的RNA的主要特点，随后的研究表明，利用该信息我们可以用精心设计的\"寻的\"RNAs来编程系统，以毁灭新的靶标。新的靶标将远不止病毒和其他入侵者，基本上可以是存在于被研究的生物体中的任何基因。因为我们已经鉴定出了该系统的组成部分，我们可以将它引入到不含有它的其他生物体中，来进一步扩展它在工业和医学领域的应用，这是可能的。\"



她指出，最著名的CRISPR  -  CAS系统是靶向并切割DNA。UGA团队所研究的CRISPR  -  CAS系统中靶向RNA的唯一一个例子，RNA分子发挥着DNA和蛋白质之间媒介物的作用，在细胞中具有各种各样的功能。  \"切割其自身的DNA将会杀死一个生物体。沉默特定的RNAs将能够允许更多更复杂的应用，\"Terns  说。



研究人员可以系统地关闭单个基因的功能，例如，来辨别它们在重要的细胞进程中发的作用。可以修饰细菌基因的表达，利用它们来降解植物材料生产生物燃料或产生药物，如胰岛素，提高产品的质量和产量。



\"CRISPR-Cas防御系统新分支详细的生化研究--即靶向RNA分子的系统，揭示了细菌军械库中一个强有力的武器，抵御病毒和移动元件，\"Michael  Bender说，她负责国家卫生研究院下属的全国普通医学科学研究所的RNA加工和功能研究的拨款。  \"此外，通过定义该系统的关键部件，Terns博士和他们的同事们已经做好了准备开发一种新的工具，针对多种类型细胞中的特定RNA分子，有望为生物医学研究人员提供了一个宝贵的新途径来分析基因的功能。\"



Michael  Terns补充说，\"自从CRISPR  -  CAS系统被发现，就已经讨论过了它在生物科技中应用的可能性，而这项工作将使这些巨大潜力的其中一些成为现实。\"



该项研究由国家卫生研究院（NIH），包括美国恢复和再投资法案基金。