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Nature新研究對(duì)理解基因調(diào)控具有重大意義

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2024-07-17 11:11:00【大中小】

摘要：一項(xiàng)意想不到的發(fā)現(xiàn)使人們?cè)谂c有害細(xì)菌的斗爭(zhēng)中取得了重要進(jìn)展。

一項(xiàng)意想不到的發(fā)現(xiàn)使人們?cè)谂c有害細(xì)菌的斗爭(zhēng)中取得了重要進(jìn)展。

由奧塔哥大學(xué)的Peter Fineran教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組研究了感染細(xì)菌的病毒(稱為噬菌體)使用的一種特殊蛋白質(zhì)。

研究細(xì)菌和噬菌體之間的這種微觀軍備競(jìng)賽很重要，因?yàn)樗梢哉业娇股氐奶娲贰?/div>

這項(xiàng)研究發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上，分析了噬菌體在部署抗CRISPR時(shí)使用的一種蛋白質(zhì)，這是它們阻斷細(xì)菌CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)的方法。

圖1 通過(guò)RNA和DNA結(jié)合螺旋-轉(zhuǎn)螺旋蛋白控制噬菌體抗CRISPR

文章一作Nils Birkholz博士說(shuō)，了解噬菌體如何與細(xì)菌相互作用是在人類健康或農(nóng)業(yè)中利用噬菌體對(duì)抗細(xì)菌病原體的道路上邁出的重要一步。

“具體來(lái)說(shuō)，我們需要了解細(xì)菌用來(lái)保護(hù)自己免受噬菌體感染的防御機(jī)制，比如CRISPR，這與我們?nèi)绾卫蒙眢w的免疫系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗病毒，以及噬菌體如何抵消這些防御不同。

例如，如果我們知道噬菌體如何殺死特定的細(xì)菌，這有助于確定適當(dāng)?shù)氖删w用作抗菌劑。更具體地說(shuō)，了解噬菌體如何在感染時(shí)控制它們的反防御武器庫(kù)(包括抗CRISPR)是很重要的——我們必須了解噬菌體如何調(diào)節(jié)在對(duì)抗細(xì)菌的戰(zhàn)斗中有用的基因的表達(dá)，”他說(shuō)。

這項(xiàng)研究揭示了噬菌體需要多么小心地部署它們的抗CRISPR。

“我們已經(jīng)知道，一種特定的噬菌體蛋白有一個(gè)部分或結(jié)構(gòu)域，這在許多參與基因調(diào)控的蛋白質(zhì)中非常常見;這種螺旋-螺旋-螺旋(HTH)結(jié)構(gòu)域已知能夠特異性地結(jié)合DNA序列，并根據(jù)環(huán)境，可以打開或關(guān)閉基因。

“我們發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)的HTH結(jié)構(gòu)域更加通用，并表現(xiàn)出一種以前未知的調(diào)節(jié)模式。它不僅可以利用這個(gè)結(jié)構(gòu)域結(jié)合DNA，還可以結(jié)合RNA轉(zhuǎn)錄物，RNA轉(zhuǎn)錄物是DNA序列和其中編碼的抗CRISPR之間的中介分子。

圖2 噬菌體工程和噬菌體逃逸突變體

“因?yàn)檫@種蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)抗CRISPR的產(chǎn)生，這意味著這種調(diào)節(jié)有額外的層次——它不僅通過(guò)DNA結(jié)合機(jī)制發(fā)生，而且通過(guò)我們發(fā)現(xiàn)的結(jié)合信使RNA的新機(jī)制發(fā)生。”

Fineran教授表示，這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)理解基因調(diào)控具有重大意義。

“當(dāng)涉及到理解噬菌體如何逃避CRISPR-Cas防御并在一系列應(yīng)用中殺死目標(biāo)細(xì)菌時(shí)，揭示這種意想不到的復(fù)雜調(diào)節(jié)是重要的進(jìn)展。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)科學(xué)界來(lái)說(shuō)特別令人興奮，因?yàn)樗谝粋€(gè)研究得很好的蛋白質(zhì)家族中顯示了一種新的調(diào)節(jié)機(jī)制。

“自20世紀(jì)80年代初發(fā)現(xiàn)HTH結(jié)構(gòu)域以來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了徹底的研究，所以我們最初認(rèn)為我們的蛋白質(zhì)會(huì)像任何其他具有HTH結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)一樣起作用-當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這種新的作用模式時(shí)，我們非常驚訝。”

他說(shuō):“這一發(fā)現(xiàn)有可能改變?cè)擃I(lǐng)域?qū)@一關(guān)鍵且廣泛存在的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的功能和機(jī)制的看法，并可能對(duì)我們對(duì)基因調(diào)控的理解產(chǎn)生重大影響。”

參考資料

[1] Phage anti-CRISPR control by an RNA- and DNA-binding helix–turn–helix protein