解码细菌的分子民兵

当异物袭击,分子民兵组成我们的免疫系统去战争。在混乱的战斗,这骑兵必须小心不要自己的士兵开火;从人类和生物细菌进化出了特殊的机制,以避免这种混乱。

洛克菲勒的科学家的一项研究描述了一个策略,细菌区分自己的军队和恶意入侵者,如病毒。该研究发表在分子细胞,表明蛋白质Cas10通常是无害的,但转换成酶刺客当面对外来遗传物质。

一个独特的一道防线

细菌保护自己的一种方法是通过使用CRISPRs,或定期聚集空间短回文的重复序列,中科院相关蛋白质。这些系统不仅抵御病原体,也记住:当细菌攻击,它复制和存储部分入侵者的DNA。这种基因序列,称为间隔,帮助细菌识别入侵者下次它罢工。一旦检测到非法侵入者,ca酶溶解它的DNA。

一个增长领域,CRISPR研究是有价值的了解对病毒、细菌获得免疫力免疫力以及这如何影响微生物的进化。科学家们已经确定了几种类型的CRISPR系统,包括II型,最近获得了实质性的关注由于其使用基因编辑技术。教授辛刘,然而,那么系统很感兴趣,称为类型三世,他说,“是最迷人的CRISPR系统存在的。”

刘的热情III型与卢西亚诺Marraffini教授的对话后,出现的实验室致力于理解CRISPR-Cas系统。2017年,Marraffini和他的同事们表明类型III系统有独特的能力目标不仅仅是一个入侵者序列,但遗传变奏曲。这意味着,即使病毒发生变异,CRISPR-Cas仍然可以识别并摧毁它的DNA。

“其他系统,你有一个目标序列的突变和免疫通常是失去了,”刘说。“但III型系统,使用Cas10酶,可以有效即使目标有多个突变。”

酶在其他CRISPR类型相比,Cas10火灾在相对广泛的目标;然而,它设法避免伤害一个细菌的DNA。刘想知道,如何做III型配合物区分自我和他人?

避免误伤

处理Marraffini和博士后灵王,刘开始更好地理解Cas10如何与不同类型的RNA。他们分析了酶的动力学使用单分子荧光显微镜,这种技术可以让研究者去追踪鸟分子会随着时间而改变。

研究人员发现,当Cas10被暴露在一个入侵者的RNA酶的结构了新的形状。刘说,通过各种构象Cas10周期,间歇性地进入活跃状态,这种酶灌输DNA-dissolving权力。

相比之下,当然后Cas10遇到“自我”RNA,酶困在一个不活跃的位置,禁止任何切割和切片的DNA。刘说,这些结果说明类型III系统避免自我毁灭的行为。

“我们不想让Cas10绕随机裂开的DNA。其活动的监管,”他说。”,看来,这种酶是手术只有当解锁激活配置。”

研究人员还发现,当Cas10变异被暴露在敌人的RNA,这种酶可以弯曲成只有有限的几个活跃的形状。Cas10下降的延展性,所以细菌的免疫反应的强度。

这些研究表明,一个健壮的免疫反应取决于Cas10移动的能力:酶可以自由振动时,花更多的时间在一个活跃的状态,从而有更多的时间降低危险的DNA。刘指出,即使酶失去它的一些灵活性,它并没有完全丧失其伤害入侵者的能力。

“这些结果表明,免疫并不是一个二进制的事情,”他说。“相反,免疫的强度变化逐渐为外国RNA变异。”

这项研究有助于解释的独特定位策略类型III系统,并有助于持续努力了解CRISPR-Cas免疫力影响细菌的进化。

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参考
Cas10动力学控制自我和非自我之间的歧视类型III CRISPR-Cas免疫力。灵王,查理y,迈克尔·r·沃瑟曼雅各布·t·Rostøl卢西亚诺·a . Marraffini辛刘。分子细胞,DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2018.11.008。