在我們的鼻子底下，在微生物和它們的病毒入侵者之間發(fā)動(dòng)了一場看不見的戰(zhàn)爭。為了對抗靶向它們的噬菌體(噬菌體)病毒，細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出了多種防御系統(tǒng)，其中包括一系列名為CRISPR-Cas的保護(hù)性免疫系統(tǒng)。

在自然中寫作，Meeske等。1通過展示靶向噬菌體RNA的CRISPR-Cas系統(tǒng)如何保護(hù)細(xì)菌免受DNA噬菌體的感染，我們了解了令人難以置信的各種CRISPR-Cas防御系統(tǒng)。作者報(bào)告說，這種CRISPR-Cas系統(tǒng)通過釋放病毒和細(xì)菌RNA的破壞來響應(yīng)DNA噬菌體，然后導(dǎo)致受感染的細(xì)菌細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而關(guān)閉病毒復(fù)制所需的細(xì)胞過程。Meeske及其同事揭示，這種自我誘導(dǎo)的細(xì)菌休眠有助于抑制病毒復(fù)制和病毒爆發(fā)，包括那些可以逃避其他類型CRISPR-Cas防御的病毒突變體，或與觸發(fā)休眠的病毒無關(guān)的病毒。這個(gè)防御反應(yīng)，

CRISPR-Cas系統(tǒng)分為稱為I至VI的六種類型。大多數(shù)此類系統(tǒng)捕獲并儲(chǔ)存病毒DNA的短序列作為噬菌體入侵的遺傳“記憶”。這些儲(chǔ)存的序列用于產(chǎn)生RNA指導(dǎo)，使得Cas酶能夠靶向并降解病毒DNA或RNA。因?yàn)樗鼈兪瞧茐牟《綬NA唯一的VI型系統(tǒng)是有趣的(圖1)，而不是DNA2-5，但大多數(shù)噬菌體具有DNA而非RNA基因組。

VI型CRISPR-CAS系統(tǒng)，它使用在CAS酶稱為Cas13，先前已被證明2，3對感染由RNA病毒通過激活不加區(qū)別(低序列特異性)的形式通過Cas13響應(yīng)RNA降解活性。另外，當(dāng)細(xì)菌被改造以便Cas13靶向由圓形DNA序列編碼的信使RNA稱為質(zhì)粒，細(xì)菌生長受損2，6。這表明，在沒有噬菌體感染的情況下，Cas13激活及其不加區(qū)別的RNA破壞，導(dǎo)致細(xì)菌 - 細(xì)胞休眠。但是，抗病毒防御過程中休眠的作用(如果有的話)仍然是一個(gè)懸而未決的問題。

為了解決這個(gè)問題，Meeske等人。研究了使用細(xì)菌李斯特菌(Iisterovii)的VI型防御系統(tǒng)和DNA噬菌體φRR4。作者設(shè)計(jì)了VI型系統(tǒng)以指導(dǎo)Cas13靶向不同的φRR4病毒序列，然后分析該系統(tǒng)如何有效地提供抗病毒防御。當(dāng)靶向病毒mRNA時(shí)，Cas13確實(shí)提供了防御，并且令人驚訝地，無論靶向病毒mRNA是否對應(yīng)于病毒復(fù)制必需的基因，或者基因是否在病毒感染期間早期或晚期表達(dá)，都實(shí)現(xiàn)了保護(hù)。在受感染的細(xì)胞中也存在廣泛的細(xì)菌RNA降解，這導(dǎo)致受感染的細(xì)菌進(jìn)入休眠狀態(tài)，其中細(xì)菌細(xì)胞存活但不能復(fù)制。

這種形式的Cas13誘導(dǎo)的休眠與另一類稱為流產(chǎn) - 感染機(jī)制的噬菌體防御系統(tǒng)有很大的相似之處7。如果被病毒感染，攜帶流產(chǎn)感染系統(tǒng)的細(xì)菌進(jìn)入休眠狀態(tài)或引發(fā)細(xì)胞死亡，從而提供人群級抗病毒防御。

病毒感染后Cas13誘導(dǎo)的休眠是否為更廣泛的細(xì)菌群體提供了一種稱為群體免疫的保護(hù)形式，其中抗性個(gè)體有助于減緩感染對敏感人群的傳播?Meeske及其同事證明，具有VI型免疫力的噬菌體感染細(xì)菌確實(shí)為缺乏針對感染病毒的免疫力的相同菌株的鄰近細(xì)胞提供了抗病毒交叉保護(hù)。作者還觀察到，通過在未感染細(xì)胞中設(shè)計(jì)Cas13誘導(dǎo)的休眠，可以產(chǎn)生抑制病毒流行的細(xì)菌，這可能是因?yàn)檫@些休眠細(xì)胞可以作為病毒無法成功感染的犧牲性“誘餌”細(xì)胞，從而消耗病毒群體。 。

IE CRISPR-Cas活性類型的研究8也報(bào)道了細(xì)菌細(xì)胞關(guān)閉，但效果可能是由于噬菌體清除不足，導(dǎo)致細(xì)菌防御和病毒復(fù)制之間的僵局8。相比之下，Meeske等人。證明Cas13誘導(dǎo)的細(xì)菌休眠是通過在識別病毒RNA后觸發(fā)的不加區(qū)別的RNA降解的活躍過程發(fā)生的。

CRISPR-Cas系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)是如果病毒遺傳突變體出現(xiàn)以逃避防御系統(tǒng)的識別。梅斯克等人。表明這種突變病毒的爆發(fā)受限于導(dǎo)致Cas13誘導(dǎo)的細(xì)菌休眠的野生型病毒的存在。同樣，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)具有針對φRR4的VI型防御的細(xì)菌暴露于無關(guān)病毒時(shí)，如果細(xì)胞也暴露于φRR4，則無關(guān)病毒的感染水平降低。這種類型的廣譜防御可能提供優(yōu)于不誘導(dǎo)休眠的CRISPR-Cas系統(tǒng)的優(yōu)勢，并且其中病毒突變體的感染不受野生型病毒的存在的影響。

與其他CRISPR-Cas系統(tǒng)相比，自然界中VI型防御的稀缺性認(rèn)為VI型策略可能并不總是優(yōu)越9。實(shí)際上，其他CRISPR-Cas系統(tǒng)具有處理突變病毒的方法，例如使用稱為引發(fā)的反饋環(huán)來更新靶記憶10或具有足夠的靈活性以識別病毒靶11的突變形式?？赡苁?，與病毒突變體抗?fàn)幍拿糠N策略在特定的生態(tài)環(huán)境中具有不同的成本和益處。

Cas13誘導(dǎo)的休眠反應(yīng)對于VI型系統(tǒng)如何形成病毒感染記憶具有有趣的意義。因?yàn)樾枰《綝NA或RNA來形成CRISPR-Cas記憶，所以需要病毒感染和隨后的細(xì)菌 - 細(xì)胞存活來更新針對病毒的VI型防御，包括之前未遇到過的病毒和突變病毒10。在II型系統(tǒng)中，有缺陷的病毒感染失敗可以允許更新記憶而不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡12。這也可能為VI型系統(tǒng)提供獲取病毒感染新記憶的途徑。然而，如果一些病毒感染的細(xì)胞清除感染并從Cas13誘導(dǎo)的休眠中恢復(fù)，將會(huì)更有益。如果休眠有助于細(xì)菌在病毒感染中存活，那么預(yù)計(jì)由VI型系統(tǒng)儲(chǔ)存的DNA病毒的細(xì)菌記憶將偏向于靶向感染過程早期表達(dá)的病毒基因，從而允許快速抑制病毒感染和更大細(xì)菌恢復(fù)的機(jī)會(huì)。

有趣的是，作者發(fā)現(xiàn)，在沒有病毒感染的情況下，通過將Cas13靶向細(xì)菌mRNA誘導(dǎo)的休眠可以逆轉(zhuǎn)。然而，細(xì)菌細(xì)胞是否能夠在病毒感染中存活可能取決于在休眠開始之前感染進(jìn)展的程度。由某些靶向RNA的流產(chǎn)感染系統(tǒng)(如ToxIN)引發(fā)的細(xì)菌休眠在沒有病毒感染的情況下是可逆的7，但不知道這是否也是由病毒感染引發(fā)的休眠的情況。III型CRISPR-Cas系統(tǒng)在特異性識別病毒序列后激活導(dǎo)致不加區(qū)分的RNA破壞的酶，當(dāng)病毒感染被抑制時(shí)，這種RNA破壞被滅活13。如果細(xì)胞可以從由式VI系統(tǒng)引起的休眠“喚醒”，那么也許類似的非特異性RNA降解的時(shí)間控制的系統(tǒng)可能負(fù)責(zé)4，5?；蛘?，其他細(xì)菌因子或其他抗病毒防御系統(tǒng)的活性可能有助于病毒感染后的細(xì)菌恢復(fù)。

Meeske及其同事的研究結(jié)果強(qiáng)化了CRISPR-Cas防御系統(tǒng)依賴于環(huán)境的觀點(diǎn)。需要進(jìn)一步研究以更好地了解不同細(xì)菌中的這些不同防御系統(tǒng)如何處理它們自然遇到的各種噬菌體。