能降服CRISPR–Cas系统的anti-CRISPR蛋白

CRISPR-Cas是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。该系统通过将入侵噬菌体和质粒DNA片段整合到CRISPR区，并利用相应的CRISPR RNAs (crRNAs)来指导同源序列的降解，从而提供免疫性。2013年1月，美国两个实验室在《Science》杂志上发表了基于CRISPR-Cas9技术在细胞系中进行基因敲除的新方法。与以往不同的是，这种方法是利用靶点特异性的RNA将Cas9核酸酶引到基因组上的具体靶点，从而对特定基因位点进行切割导致突变。目前，CRISPR-Cas9系统已经越来越广泛地得到科学家们的青睐，用于基因修饰和基因功能研究。

所谓“兵来将挡，水来土掩——一物降一物”，世上没有永远的霸主。细菌和感染它们的病毒（噬菌体）之间发生的生存之战导致进化出了许多的细菌防御系统，当然还有噬菌体编码的对抗系统。由多伦多大学Alan R. Davidson和Karen L. Maxwell领导的研究小组，早在2012年的《Nature》杂志上就发表了一篇研究论文，首次证实一些基因介导了对CRISPR/Cas系统的抑制作用。他们在感染绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）的噬菌体中发现了5个不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因；并且证实突变噬菌体anti-CRISPR基因将导致它无法感染具有功能性CRISPR/Cas系统的细菌。此外，把anti-CRISPR基因基因整合到噬菌体的基因组中，能帮助噬菌体成功逃避CRISPR/Cas系统。研究人员指出，噬菌体编码的anti-CRISPR有可能是噬菌体降服CRISPR/Cas系统的武器。最近，Alan R. Davidson和Karen L. Maxwell领导的研究小组又揭示了anti-CRISPR蛋白抑制CRISPR—Cas的多种机制，相关结果发表在9月23日的《Nature》杂志上。

在这项研究中，研究人员利用生化和体内研究方法对噬菌体产生的三种anti-CRISPR蛋白（AcrF1、AcrF2和AcrF3）进行了研究，结果证实每个anti-CRISPR蛋白抑制CRISPR-Cas活性的机制是不同的：其中两种蛋白通过与CRISPR-Cas复合体内的不同蛋白亚基发生相互作用，利用空间或非空间抑制效应阻断CRISPR-Cas复合体的DNA结合活性；而第三种anti-CRISPR蛋白则通过与Cas3解旋酶－核酸酶结合，阻止其被招募到与DNA结合的CRISPR-Cas复合体上。在体内，第三种anti-CRISPR蛋白可将CRISPR–Cas系统转变为转录遏制物，研究人员也是首次证实了依赖蛋白质相互作用可以调控CRISPR–Cas活性，且认为这些anti-CRISPR蛋白不同的序列和作用机制代表了进化的独立，或许还存在其它能调控CRISPR–Cas活性的蛋白。这是一个首次探讨蛋白质抑制CRISPR–Cas系统机制的研究。这些多样且不同的机制反映了病毒-宿主军备竞赛深层的进化根源。这些已知和尚有待发现的anti-CRISPR，将为认识和操控CRISPR–Cas系统提供大量有价值的工具。

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