Nature重要發現：新型CRISPR樣系統

　　來自法國的研究人員報告稱發現，巨型擬菌病毒（mimiviruses）利用了與細菌和其他微生物采用的CRISPR系統相似的防御來抵御入侵者。他們說，在擬菌病毒中發現一種起作用的免疫系統支持了他們的觀點：這種巨型病毒代表了生命樹的一個新分支。

　　相關研究論文發布在2月29日的《自然》（Nature）雜志上。法國艾克斯馬賽大學微生物學家Didier Raoult與同事Bernard La Scola共同領導了這項研究。

　　擬菌病毒非常之大以致在光學顯微鏡下都可以看見它們。大約0.5微米的直徑，人們是在生活在水塔中受到感染的阿米巴蟲變形蟲體內首先發現了它們。擬菌病毒的基因組大于一些細菌的基因組。它們與天花等病毒的親緣關系遙遠，不同于大多數的病毒，它們擁有生成氨基酸的基因，DNA堿基和復雜蛋白質。

　　Raoult說，這意味著它們模糊了病毒與細菌之間的界限。Raoult認為擬菌病毒并非一種典型的病毒，它更像一種原核生物——缺乏細胞核的微生物。

　　2008年，Raoult、La Scola和同事們在Nature上報告稱，發現像原核生物一樣，擬菌病毒也受到噬病毒體（virophage）的困擾。6年后，在2014年，他們發現了一種叫做Zamilon的噬病毒體可以感染某些類型的擬菌病毒。Raoult推測這些削弱擬菌病毒復制自身能力的感染，有可能促成了像CRISPR一類的防御系統進化。

　　免疫防御

　　在細菌和古細菌中，CRISPR系統儲存了一個與噬菌體DNA和其他入侵DNA相匹配的短DNA序列的文庫。當有與文庫中的序列相匹配的外源DNA序列攻擊細胞時，特化的“Cas”酶會解開入侵DNA，將它切成碎片，阻止感染。生物學家們現在改變CRISPR的用途使之成為了一種編輯基因組的新技術。

　　為了確定擬菌病毒是否具有相似的防御系統，Raoult研究小組分析了60種擬菌病毒株的基因組，尋找了與Zamilon噬病毒體匹配的序列。發現抵抗Zamilon的擬菌病毒也包含與之相匹配的短DNA片段。

　　Raoult研究小組在這些序列的附近發現了一些基因，它們編碼了可以降解及解開DNA的酶。在CRISPR免疫中也是如此，編碼Cas酶的基因定位在病毒識別序列的旁邊。阻斷這一系統不同元件的活性可使得擬菌病毒易受Zamilon噬病毒體攻擊。

　　Raoult說，擬菌病毒擁有這樣一種免疫系統是有意義的，因為它們必須與其他的微生物和病毒競爭資源。“當它們生活在群體中時面對著與原核生物一樣的挑戰：它們需要對抗病毒和原核生物。我甚至懷疑它們分泌了抗菌素化合物。”

　　雖然有些爭議，但Raoult認為，擬菌病毒與細菌、古細菌和真核生物并列，構成了生命的第四領域。他將這一命名為MIMIVIRE的免疫系統視作為是一種非常古老的適應，進一步支持了擬菌病毒在生命樹上有自己的分支這一觀點。

　　西班牙阿利坎特大學微生物學家Francisco Mójica在上世紀90年代在原核生物中鑒別出了CRISPR序列。Mójica指出已在其他病毒中發現了一些CRISPR元件，但尚不清楚這一系統是否起作用。他懷疑是擬菌病毒的祖先從其他微生物那里獲得了MIMIVIRE。“鑒別出與MIMIVIRE免疫相關的機制，將一定會引起人們極大的興趣，”Mójica說；他預計MIMIVIRE與CRISPR將有很大的不同。

　　洛克菲勒大學細菌學家Luciano Marraffini說，Raoult研究小組做出了很好的研究證實，MIMIVIRE是一種病毒防御系統，但闡明它阻止噬病毒體感染的機制將十分重要。

　　Marraffini說，就像解開CRISPR免疫的運作機制促成了其改變用途成為一種基因組編輯工具，研究擬菌病毒有可能會帶來驚喜。“這些巨型病毒極有可能包含著許多新生物學，其中一些包括MIMIVIRE有可能找到一些新應用。也許是在基因組編輯，也許是在其他的領域。”