Science：揭示Csx28形成膜孔，增强细菌依赖于CRISPR-Cas13b的病毒抵御能力

CRISPR因其快速而准确地编辑基因的能力而在科学界声名鹊起。但是，就本质而言，CRISPR系统是免疫系统，通过靶向和破坏病毒的DNA和RNA来帮助细菌保护自己免受病毒侵害。在一项新的研究中，来自美国罗切斯特大学和康奈尔大学的研究人员揭示了这样的一种系统中一种以前未被认识到的参与者---一种增强抗病毒防御能力的膜蛋白，同时扩大了我们对CRISPR复杂性的理解，并提出了更多与之相关的问题。相关研究结果发表在2023年4月28日的Science期刊上，论文标题为“Csx28 is a membrane pore that enhances CRISPR-Cas13b–dependent antiphage defense”。

揭示有关CRISPR的新线索

CRISPR系统由两种主要部分组成---针对特定病毒DNA或RNA序列的向导RNA（gRNA）和切割靶DNA或RNA以阻止病毒复制和传播的Cas酶。在这项新的研究中，这些作者发现作为一种特定的Cas蛋白，Cas13b不仅能切割病毒RNA，还能与另一种蛋白（Csx28）沟通，以增强它的抗病毒防御能力。

这些作者发现Csx28蛋白形成了一种孔状结构（即它有一个大的孔）。当他们用噬菌体（攻击细菌的病毒）感染大肠杆菌，并部署CRISPR-Cas13系统来靶向和阻止感染时，他们发现Cas13向Csx28发出信号，从而影响膜的通透性。一旦发生这种情况，Csx28就会在受感染的细胞中造成破坏，扰乱膜电位，破坏代谢和阻碍能量产生。病毒不能在这种不友好的环境下复制，导致他们得出结论：Csx28增强了CRISPR-Cas13b的噬菌体防御。

论文通讯作者、罗切斯特大学医学中心生物化学与生物物理学助理教授和罗切斯特大学RNA生物学中心成员Mitchell O'Connell博士说，“这一发现颠覆了CRISPR系统仅通过降解细胞中的RNA和DNA来进行防御的观点，真正扩大了我们对CRISPR系统可能工作方式的看法。当我们想到CRISPR时，我们认为Cas9或Cas13等Cas蛋白是造成所有损害的大锤，但情况可能并非如此；我们发现Cas13和Csx28一起有效地消灭了病毒。”

图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.abm1184。

罗切斯特大学医学中心药理学与生理学助理教授John Lueck博士补充道，“当你读到这篇论文时，你会对自己说......‘什么？这是一种如此奇怪的机制，并不是我所预测的细菌的工作方式’。令人印象深刻的是，该团队确定了这种具有孔状结构的蛋白，它与我们之前看到的任何其他东西都不相似，如今我们知道这种机制存在，人们将开始在其他系统中寻找它。这是令人兴奋的，因为在科学中，当你触及表面时，你经常会发现它背后有一个全新的世界。”

问题多于答案

通过使用高分辨率低温电镜对Csx28的结构有了更多的了解，这些作者开始探索该蛋白的功能。问题比比皆是。如果目标是保护，为什么细胞膜上形成有一个巨大的孔？他们发现，当Cas13不在附近时，Csx28并不活跃。是什么让它在防御中变得活跃？它在多长时间内保持活跃，它让什么东西通过细胞膜？了解该孔的开放和关闭背后的生物化学将阐明CRISPR-Cas13如何利用它作为其防御的一部分，并为研究其他CRISPR系统中的膜蛋白提供一个跳跃点。

罗切斯特大学医学中心生物化学与生物物理学教授Mark Dumont博士指出，“这一发现是出乎意料的，并提出了关于细菌如何保护自己以及它们如何在感染中生存的新问题。这也是RNA生物学、CRISPR、结构生物学和膜生物学之间一个非常有趣的接口。虽然没有直接的医学意义或应用，但由此产生的想法可能是非常强大的。”

Lueck补充说，“一项研究有这么多发人深省的内容，将几个不同的领域结合在一起，这是非常罕见的。而且由于这些概念是全新的，未来的研究工作将不会被教条所累。任何时候人们都可以把新的、不受约束的想法带到桌面上，这对科学来说都是有益的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Arica R. VanderWal et al. Csx28 is a membrane pore that enhances CRISPR-as13b-dependent antiphage defense. Science, 2023, doi:10.1126/science.abm1184.