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一些噬菌体采用新的策略来避免成为dna切割酶的下一个牺牲品

作者: 沈阳新闻网 更新时间: 2020年01月18日 15:16:14 游览量: 56

简述:

细菌和感染它们的病毒正在进行一场与生命本身一样古老的分子军备竞赛。进化为细菌配备了一个免疫酶的兵工厂,

细菌和感染它们的病毒正在进行一场与生命本身一样古老的分子军备竞赛。进化为细菌配备了一个免疫酶的兵工厂,包括CRISPR-Cas系统,目标和摧毁病毒DNA。但是杀死细菌的病毒,也被称为噬菌体,已经设计出了自己的工具来帮助它们战胜这些最强大的细菌防御。

现在,旧金山加州大学和加州大学圣地亚哥分校的科学家们已经发现了一个令人瞩目的新战略,一些噬菌体雇佣来避免成为下一个牺牲品的这些DNA-dicing酶:感染后细菌,这些噬菌体构造一个令人费解的“安全空间”内的主机,保护脆弱的噬菌体抗病毒的DNA酶。这个类似细胞核的隔间是迄今为止在病毒中发现的最有效的CRISPR屏蔽。

“在我们的实验中,这些噬菌体没有屈服于它们所面临挑战的任何以dna为目标的CRISPR系统。这是第一次有人发现噬菌体表现出这种程度的泛crispr抗性。bond - y领导的研究团队发现了这一现象,并于2019年12月9日在《自然》杂志上发表了一篇论文。

为了找到抗CRISPR的噬菌体,研究人员从5个不同的噬菌体家族中挑选出病毒,然后用它们感染一种普通的细菌,这种细菌经过基因工程处理,可以使用四种不同的Cas酶,也就是CRISPR系统的dna切割成分。

这些增强了crispr的细菌战胜了它们面对的大多数噬菌体。但科学家发现,两种大型噬菌体(之所以如此命名,是因为它们的基因组比研究最深入的噬菌体的基因组大5至10倍)对所有四种CRISPR系统都不敏感。

研究人员决定对这些巨型噬菌体进行测试,并探索它们抗crispr的极限。他们接触细菌配备一个完全不同类型的CRISPR,以及细菌配备restriction-modification系统——DNA-cleaving酶比CRISPR更常见(限制系统中发现约90%的细菌物种,而CRISPR存在于只有约40%),但这只会目标有限数量的DNA序列。结果和以前一样:培养皿里散落着被噬菌体感染的细菌的爆炸残留物。

“这真的很令人惊讶,因为我们改造了这种细菌,使其大量过量生产免疫系统的成分,但它们都不能切断噬菌体的DNA。”这些噬菌体对所有六种经过测试的细菌免疫系统都有抵抗力。没有其他噬菌体能与之匹敌。

巨型噬菌体似乎是坚不可摧的。但试管实验表明,事实并非如此——巨型噬菌体DNA与其他DNA一样易受CRISPR和限制性内切酶的攻击。在噬菌体感染细胞中观察到的CRISPR抗性一定是病毒产生的某种物质干扰了CRISPR的结果。但是什么?

反crisprs是一个明显的罪魁祸首。2013年,bond - y首次发现了这些蛋白质,它们是一些噬菌体基因组中编码的强效CRISPR灭活剂。但当研究人员分析巨型噬菌体的基因组序列时,却找不到抗crispr基因。另外,每一种已知的抗CRISPR抗体都只能使特定的CRISPR系统失效,而大型噬菌体对扔向它们的每一种抗病毒酶都有抗性。保护大型噬菌体DNA的物质一定是基于其他机制。

基于显微镜的实验最终揭示了发生了什么。当这些巨型噬菌体感染细菌时,它们会在宿主细胞的中间建立一个球形隔间,从而抑制抗病毒酶,为病毒基因组的复制提供一个“安全的空间”。

事实证明,这个隔间与加州大学圣地亚哥分校教授乔·波格利亚诺博士和加州大学旧金山分校教授大卫·阿加德博士在2017年首次发现的那个隔间是一样的,他们两人都是这项新研究的共同作者。尽管这些研究人员先前证明噬菌体基因组在这个类核外壳中复制,但直到现在才有人知道,这个外壳也可以作为一个不可穿透的盾牌,抵御CRISPR和其他dna决定子。

尽管如此,关于外壳和制造外壳的病毒的许多问题仍然没有答案,包括外壳蛋白的基本细节。

当这些噬菌体被测序时,发现了许多假设的蛋白质,这只是其中之一。这似乎是噬菌体独有的,但并不常见。甚至在一些相关的噬菌体中也没有发现。我们也不知道在原子水平上蛋白质的结构是什么样的。

但是,蛋壳的蛋白质结构并不是bond - y和他的同事们渴望解决的唯一谜题。当研究人员在显微镜下监测被噬菌体感染的细菌时,他们注意到一个不寻常的现象:噬菌体的安全室正在组装,这一过程大约需要30分钟,但它的基因组仍然保留在被注射到宿主细胞的地方。在此期间,噬菌体基因组似乎容易受到宿主细胞周围任何抗病毒酶的攻击。但不知何故,在安全屋建设期间,基因组仍然保持完整。

“我们认为某种预壳层在早期保护了注入的DNA。它就像一件盔甲,一旦外壳最终组装好就会脱落。但我们不知道那层装甲是什么,”bondy - y说,他急于找出这些噬菌体如何保护自己免受CRISPR在病毒生命周期的每一步。

研究人员还发现,外壳并不像最初的实验表明的那样难以穿透。通过巧妙的设计,研究的主要作者Senen Mendoza, bond - y实验室的一名研究生,找到了一种绕过类核屏障的方法,即在病毒外壳蛋白上附加一种限制性内切酶。这种特洛伊木马策略允许dna切割限制性内切酶在外壳组装时潜入壳内,并将噬菌体基因组切割到本应是免疫自由区,从而使细菌得以存活。

文章链接:http://www.68nw.com//jksh/17868.html

文章标题:一些噬菌体采用新的策略来避免成为dna切割酶的下一个牺牲品