中科院团队新研究登上Science 找到守护“基因魔剪”的“暗物质”

4月30日，中国科学院微生物研究所向华/李明团队在国际顶级学术期刊Science在线发表了重磅研究，题为“Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems”，该研究找到了守护“基因魔剪”的“暗物质”，揭开了CRISPR-Cas系统在微生物中稳定性的神秘机制。

微生物适应性免疫系统CRISPR-Cas通过阻挡遗传入侵者使微生物受益，但它也是有代价的，因为偶尔的自身免疫反应，使CRISPR位点进化不稳定。向华/李明团队发现了先前未被注意到的嵌入在不同CRISPR-Cas位点中的一对RNA毒素-抗毒素。RNA抗毒素模仿CRISPR RNA，并重新利用CRISPR免疫效应转录抑制毒素RNA，否则会通过隔离一种罕见的转移RNA来抑制细胞生长。因此，这两个小RNA与CRISPR形成共生关系，使CRISPR对宿主上瘾，尽管它的适应度代价很高。这些发现揭示了CRISPR-Cas是如何作为一种自私的基因元素来运作的。

“我们发现这一对神秘小RNA通过一系列十分精巧的分子机制守护了CRISPR-Cas9系统的结构和功能。”论文共同通讯作者、中科院微生物所研究员李明说。

“而另一个功能则是我们发现的转录调控新功能。CRISPR-Cas系统效应蛋白的另一部分则手持着‘抗毒素’这一控制器，守护在‘定时炸弹——毒素’基因旁边，一旦CRISPR-Cas系统丢失或被病毒破坏，它们就会引爆‘炸弹’，‘炸毁’细胞中关键的蛋白质合成机器，使细胞休眠甚或死亡，这种个体牺牲机制保证CRISPR-Cas系统在群体中的稳定存在。”向华解释道。

李明表示，这项研究为理解CRISPR-Cas系统的稳定性维持和广泛性分布提供了全新视角，同时揭示了一类前所未知且功能多样的小RNA，开辟了一个全新的研究领域，将为原核微生物“非编码RNA暗物质世界”的研究打开一道宝贵的窗口。

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