研究人员解决了关于细菌中发现的特殊杂化结构的长期谜团

2021-10-07 08:07:09
来源:文章来源于网络

  在众多细菌中,我们发现了一种叫做反转录的特殊杂合结构,即一半RNA,一半单链DNA。大约35年前被发现后,研究人员在实验室学习了如何使用反转录制生成DNA单链,但对此进行了大量研究,但没有人知道细菌的功能。

  今天在Cell发表的论文中,魏茨曼科学研究所的团队报告了解决长期奥秘:Retrons是免疫系统的守卫,确保细菌感染病毒后生存。除了发现细菌用于保护自己免受病毒感染的新战略(与植物免疫系统惊人相似的战略)外,研究还发现了很多新的逆转录像,将来有可能增加基因组,编辑工具包。
  该研究由研究所分子遗传学系RotemSorek教授的实验室进行,由他的实验室Adimillman、AudeBernheim博士和Avigailstokar-Avihail领导。索雷克和他的团队并未着手解决复古的谜团。他们正在寻找细菌免疫系统的新元素,特别是帮助细菌抵御病毒感染的元素。最近发现,细菌的免疫系统基因倾向于聚集在所谓的防御岛内基因组,使他们的搜索更加容易。当他们在细菌防御岛上发现逆行的独特特征时,研究小组决定进一步调查。
  他们的初步研究表明,这种逆转肯定参与了保护细菌免受专门感染细菌的称为噬菌体的病毒的侵害。当研究人员更仔细地研究其他位于已知防御基因附近的反转记录时,他们发现这些反转记录始终与物理和功能相连。伴随基因或逆转记录基因突变时,细菌在抵抗菌体感染方面不太成功。
  然后,研究人员开始在国防岛上寻找更多这样的综合设施。最终,他们在众多细菌物种的不同防御岛上发现了大约5,000个回溯物,其中许多是新的。
  为了检查这些逆转录酶是否通常作为免疫机制发挥作用,研究人员将许多逆转录酶一张一张地移植到缺乏逆转录酶的实验室细菌细胞中。正如他们所怀疑的,他们在大量的这些细胞中发现了可逆转的保护细菌免受食菌体感染的细胞。
  如何追溯?研究团队着眼于特殊的改造,在面对食菌体感染时追踪行为,发现其功能是自杀感染的细胞。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-如果自杀机制能够在病毒完成自身复制并传播到其他细胞之前足够快地杀死细胞。
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  进一步研究表明,逆转录制病毒不能感知食菌体本身的入侵,而是可以监控免疫系统的另一部分,即RecBCD,这是细菌的第一道防线。如果意识到食菌体篡改了细胞的RecBCD,逆转记录病毒将通过第二个相关基因激活程序,杀死感染的细胞,保护其馀的菌落。
  这是一个聪明的策略,我们发现它的工作方法类似于植物细胞中使用的保护机制。像感染植物的病毒一样,食菌体也配备了多种抑制剂来阻断细胞免疫反应的各个部分。反转,就像已知植物中存在的保护机制一样,没有必要识别所有可能的抑制剂,只要掌握特定的免疫复合物功能即可。感染的植物细胞采用这种人工感染的方法,杀死叶片或根部的一小部分,保护植物本身。大多数细菌生活在菌落中,即使牺牲单一成员的利益,同样的战略也能促进集团的生存。
  逆转录对生物技术非常有用。因为是从RNA开始的,所以是合成DNA链的模板。逆转录序列中的该模板可以换成任何所需的DNA序列,并有时与细菌免疫工具包CRISPR借用的另一种工具结合使用,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多样的逆转录物中,可能隐藏着不止几个可以为特定基因编辑需求提供更好模板的逆转录。