Cell：重磅！揭示反转子是细菌免疫系统的“门卫”，确保细菌在病毒感染后存活下来
来源：本站原创 2020-11-12 15:28
2020年11月12日讯/生物谷BIOON/---在许多细菌物种中都发现了称为反转子（retron）的特殊杂合结构，这种结构一半是RNA，一半是单链DNA。自大约35年前被发现以来，科学家们已经在实验室中学会了如何使用反转子产生单链DNA，但是尽管对反转子进行了大量研究，但是没有人知道它们在细菌中的功能。在一项新的研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所的研究人员
2020年11月12日讯/生物谷BIOON/---在许多细菌物种中都发现了称为反转子（retron）的特殊杂合结构，这种结构一半是RNA，一半是单链DNA。自大约35年前被发现以来，科学家们已经在实验室中学会了如何使用反转子产生单链DNA，然而尽管对反转子进行了大量研究，但是没有人知道它们在细菌中的功能。
在一项新的研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所的研究人员破解了这个长期以来的谜团：反转子是细菌免疫系统的“门卫”，可确保细菌菌落在遭受病毒感染后得以生存。除了揭示细菌用来保护自己免受病毒感染的新策略---这种策略与植物免疫系统所采用的策略惊人地相似---之外，这项研究还揭示了许多新的反转子，在将来，这些反转子可能会加入到基因组编辑工具包中。相关研究结果于2020年11月5日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense”。
这项研究是在魏茨曼科学研究所分子遗传学系Rotem Sorek教授的实验室进行的，由来自他的实验室的Adi Millman，Aude Bernheim博士和Avigail Stokar-Avihail领导。Sorek和他的研究团队起初并未着手解决反转子的谜团；他们正在寻找细菌免疫系统中的新组分，特别是帮助细菌抵御病毒感染的组分。最近发现细菌的免疫系统基因倾向于在基因组中所谓的防御岛（defense island）内簇集在一起，这使得搜索它们变得更加容易。当他们在细菌的防御岛内发现反转子的独特特征时，Sorek团队决定开展进一步调查。
他们的初步研究表明，反转子肯定参与了保护细菌免受专门感染细菌的病毒（即噬菌体）的侵害。当这些研究人员更仔细地研究位于已知防御基因附近的其他反转子时，他们发现这些反转子始终在物理上和功能上与另一个基因相关联在一起。当相伴随的基因或反转子发生突变时，细菌在抵抗噬菌体感染方面就不太成功。
随后，这些研究人员着手在细菌基因组的防御岛内寻找更多的这类分子。最终，他们在众多细菌物种的不同防御岛内发现了大约5000个反转子，其中许多是新的。
为了检查这些反转子是否通常作为免疫机制发挥作用，这些研究人员将许多反转子逐个地移植到缺乏反转子的实验室细菌细胞中。正如他们所猜测的那样，他们在大量的这些细胞中发现了可以保护细菌免受噬菌体感染的反转子。
反转子如何做到这一点呢？这些研究人员着眼于一种特定类型的反转子，并在面对噬菌体感染时追踪它的行为，发现它的功能是导致受感染的细菌细胞自杀。曾经被认为仅属于多细胞生物的细胞自杀是中止广泛感染的最后手段---如果这种自杀机制能够在病毒完成自身复制并扩散到其他细胞之前足够快地杀死受感染细胞。
进一步的研究表明，反转子不能感知噬菌体本身的入侵，而是监视免疫系统的另一部分，即RecBCD，它是细菌的第一道防线。如果细菌意识到噬菌体已经干扰了它的RecBCD，那么反转子将通过第二个相关基因激活它的程序，从而杀死受感染的细胞并保护细菌菌落中的其余部分。
Sorek说，“这是一个聪明的策略，我们发现它的作用方式类似于植物细胞中采用的保护机制。就像感染植物的病毒一样，噬菌体也配备了多种抑制剂来阻断细胞免疫应答的不同部分。反转子就像植物中存在的保护机制一样，不需要能够识别所有可能的抑制剂，仅需控制一种特定的免疫复合物的功能。受到感染的植物细胞采用这种‘顿挫感染（abortive infection）’方法，杀死叶片或根部的一小部分，以保护植物本身。在细菌菌落中，同样的策略也可以促进群体的生存，即便牺牲个别成员。”
反转子在生物技术中非常有用，这是因为它们以一段RNA开始，这段RNA是合成单链DNA的模板。反转子序列中的这种模板可以被替换为任何所需的DNA序列，有时会与从细菌免疫工具包借用的另一种工具---CRISPR---组合使用，以各种方式操纵基因。 Sorek和他的团队认为，在他们鉴定出的多种反转子中，可能隐藏了多种可以为特定基因编辑需求提供更好模板的反转子。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Adi Millman et al. Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.09.065.
2.Mystery molecule in bacteria is revealed to be a guard
https://phys.org/news/2020-11-mystery-molecule-bacteria-revealed.html
在一项新的研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所的研究人员破解了这个长期以来的谜团：反转子是细菌免疫系统的“门卫”，可确保细菌菌落在遭受病毒感染后得以生存。除了揭示细菌用来保护自己免受病毒感染的新策略---这种策略与植物免疫系统所采用的策略惊人地相似---之外，这项研究还揭示了许多新的反转子，在将来，这些反转子可能会加入到基因组编辑工具包中。相关研究结果于2020年11月5日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense”。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.09.065。
这项研究是在魏茨曼科学研究所分子遗传学系Rotem Sorek教授的实验室进行的，由来自他的实验室的Adi Millman，Aude Bernheim博士和Avigail Stokar-Avihail领导。Sorek和他的研究团队起初并未着手解决反转子的谜团；他们正在寻找细菌免疫系统中的新组分，特别是帮助细菌抵御病毒感染的组分。最近发现细菌的免疫系统基因倾向于在基因组中所谓的防御岛（defense island）内簇集在一起，这使得搜索它们变得更加容易。当他们在细菌的防御岛内发现反转子的独特特征时，Sorek团队决定开展进一步调查。
他们的初步研究表明，反转子肯定参与了保护细菌免受专门感染细菌的病毒（即噬菌体）的侵害。当这些研究人员更仔细地研究位于已知防御基因附近的其他反转子时，他们发现这些反转子始终在物理上和功能上与另一个基因相关联在一起。当相伴随的基因或反转子发生突变时，细菌在抵抗噬菌体感染方面就不太成功。
随后，这些研究人员着手在细菌基因组的防御岛内寻找更多的这类分子。最终，他们在众多细菌物种的不同防御岛内发现了大约5000个反转子，其中许多是新的。
为了检查这些反转子是否通常作为免疫机制发挥作用，这些研究人员将许多反转子逐个地移植到缺乏反转子的实验室细菌细胞中。正如他们所猜测的那样，他们在大量的这些细胞中发现了可以保护细菌免受噬菌体感染的反转子。
反转子如何做到这一点呢？这些研究人员着眼于一种特定类型的反转子，并在面对噬菌体感染时追踪它的行为，发现它的功能是导致受感染的细菌细胞自杀。曾经被认为仅属于多细胞生物的细胞自杀是中止广泛感染的最后手段---如果这种自杀机制能够在病毒完成自身复制并扩散到其他细胞之前足够快地杀死受感染细胞。
进一步的研究表明，反转子不能感知噬菌体本身的入侵，而是监视免疫系统的另一部分，即RecBCD，它是细菌的第一道防线。如果细菌意识到噬菌体已经干扰了它的RecBCD，那么反转子将通过第二个相关基因激活它的程序，从而杀死受感染的细胞并保护细菌菌落中的其余部分。
Sorek说，“这是一个聪明的策略，我们发现它的作用方式类似于植物细胞中采用的保护机制。就像感染植物的病毒一样，噬菌体也配备了多种抑制剂来阻断细胞免疫应答的不同部分。反转子就像植物中存在的保护机制一样，不需要能够识别所有可能的抑制剂，仅需控制一种特定的免疫复合物的功能。受到感染的植物细胞采用这种‘顿挫感染（abortive infection）’方法，杀死叶片或根部的一小部分，以保护植物本身。在细菌菌落中，同样的策略也可以促进群体的生存，即便牺牲个别成员。”
反转子在生物技术中非常有用，这是因为它们以一段RNA开始，这段RNA是合成单链DNA的模板。反转子序列中的这种模板可以被替换为任何所需的DNA序列，有时会与从细菌免疫工具包借用的另一种工具---CRISPR---组合使用，以各种方式操纵基因。 Sorek和他的团队认为，在他们鉴定出的多种反转子中，可能隐藏了多种可以为特定基因编辑需求提供更好模板的反转子。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Adi Millman et al. Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.09.065.
2.Mystery molecule in bacteria is revealed to be a guard
https://phys.org/news/2020-11-mystery-molecule-bacteria-revealed.html
版权声明 本网站所有注明“来源：生物谷”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于生物谷网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：生物谷”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
87%用户都在用生物谷APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->
