Mol Cell：细菌如何利用CRISPR系统产生“记忆力”？

来源：作者：人气：-发表时间：2017-01-06 09:01:00【大中小】

近日，刊登在国际杂志Molecular Cell上的一项研究报告中，来自洛克菲勒大学等机构的研究人员通过研究发现，某些细菌能够产生记忆力，同时研究者还发现了一种特殊方法，这种方法能够促使细菌更加频繁地编码记忆。

细菌如何利用CRISPR系统产生“记忆力”

研究者Luciano Marraffini表示，CRISPR是很多细菌都拥有的一种自我适应性的免疫系统，其能够通过通过储存DNA碎片来帮助细菌对病毒进行识别；但在自然界中，这些记录性事件往往很少发生。文章中研究者鉴别出了一种特殊的单一突变，其能够诱发细菌细胞获得对病毒的记忆信息，而这种获取病毒记忆信息的效率是自然状态下的100多倍，这种突变还能够用作实验室进行研究的重要工具，帮助促进科学家们开发基于DNA的数据存储设备。

细菌如何利用CRISPR系统产生“记忆力”

如果被细菌的CRISPR系统记录的病毒再次出现，一种名为Cas9的酶类就能够对病毒实施破坏，当然细菌中CRISPR-Cas9系统也被很多研究者们用作精准化的基因编辑，与此同时研究者们还在寻找该系统的很多潜在应用。这项研究中，研究者随机将突变引入到编码Cas9的基因中，他们发现，其中一种突变能够促进细菌更加容易获得遗传记忆信息，在正常情况下，如果研究者将10万个细菌细胞暴露到相同潜在的致死性病毒中，仅会有一个细菌细胞获取DNA碎片来使得细菌在后期免于病毒的攻击，而当研究者对细菌进行工程化操作使其携带新型突变后，这种成功获取信息的比率就会增加到千分之一。

目前CRISPR系统有很多潜在的应用，某些合成生物学家认为，类似于CRISPR的系统能够被用来捕获和神经元活性相关的信息，同时还能够帮助研究细胞对环境刺激或者转移性癌细胞运动的反应。尽管目前研究者在开发基于CRISPR的记录系统上还存在诸多障碍，但本文研究中他们发现的细菌特殊突变或许就有望帮其实现最终的研究目的。

当然本文研究还提出了很多问题，比如如果这种突变能够使得细菌更加有效地进行自我防御，那么为何细菌不会通过进化来自然携带这些突变呢？这或许就是CRISPR的一种权衡机制了。尽管这种系统能够帮助细菌自我防御，但有时该系统也会出错，最终引发细菌自我毁灭。

原文来源

Mutations in Cas9 Enhance the Rate of Acquisition of Viral Spacer Sequences during the CRISPR-Cas Immune Response