這可能是一部充滿間諜活動的戰(zhàn)時驚悚片，或者是陪練柔道大師的吹噓。但相反，它是微生物之間分子戰(zhàn)的真實故事，從病毒闖入細菌并注射其DNA開始，這是感染的第一步。

一個世紀(jì)以來，科學(xué)家已經(jīng)知道病毒會攻擊并有時會殺死細菌，就像人類感染流感一樣。但直到最近，他們才開始了解隨著細菌和病毒爭取競爭優(yōu)勢而發(fā)生的生物化學(xué)，對醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠的影響等等。

十年前，“沒有人認(rèn)為細菌具有復(fù)雜的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，”蒙大拿州立大學(xué)文學(xué)與科學(xué)學(xué)院和農(nóng)業(yè)學(xué)院微生物學(xué)和免疫學(xué)系副教授Blake Wiedenheft說。

然而，從那以后，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種細菌利用機器分子檢測和摧毀入侵病毒的機制。這種免疫反應(yīng)被稱為CRISPR，這是一個縮寫，描述了細菌如何將病毒DNA片段整合到自己的基因組中，作為未來識別和對抗病毒的一種方式。

對于國際公認(rèn)的該領(lǐng)域?qū)＜襑iedenheft而言，不斷增長的CRISPR知識引發(fā)了其他問題：病毒是否找到了破壞細菌防御的方法?如果是這樣，怎么樣?

“病毒是強大的，”Wiedenheft說。“而且我們開始了解他們已經(jīng)發(fā)展起來的策略的創(chuàng)造性曲目，以逃避檢測，但他們的主人。”

Wiedenheft在3月11日發(fā)表于Molecular Cell期刊的一篇科學(xué)論文中發(fā)表了他的團隊最新發(fā)現(xiàn)，不僅描述了CRISPR防御的新細節(jié)，而且還發(fā)現(xiàn)了擴大科學(xué)家對資源豐富病毒的理解的發(fā)現(xiàn)。

使用強大的電子顯微鏡和尖端的圖像處理技術(shù)，Wiedenheft和他的合作者，斯克里普斯研究所的副教授Gabriel Lander，可以看到一個復(fù)雜的CRISPR分子通過展開Wiedenheft比作“燈塔”的分子臂來響應(yīng)病毒DNA。Lander和Wiedenheft是該論文的主要合著者。

Wiedenheft解釋說，燈塔就像“發(fā)出危險信號的紅色閃光燈”，作為其他CRISPR分子的生物化學(xué)線索來摧毀病毒。

當(dāng)研究人員意識到燈塔類似于已知病毒產(chǎn)生的蛋白質(zhì)時，出人意料。這場比賽不太準(zhǔn)確。

“似乎病毒已經(jīng)偷走了燈塔并將其用作誘餌，”Wiedenheft說道。換句話說，通過將信標(biāo)樣蛋白質(zhì)的分子釋放到細菌中，病毒可能混淆CRISPR警報信號。“這很精彩，也很狡猾。”

Wiedenheft說：“這一發(fā)現(xiàn)表明，病毒可能通過借用(CRISPR)免疫系統(tǒng)本身并重新部署它們來抵抗免疫反應(yīng)來發(fā)展反抗。”

這并不是Wiedenheft團隊第一次發(fā)現(xiàn)這種病毒顛覆。2014年，他的團隊和一組國際同事發(fā)表了一篇論文，表明所謂的“抗CRISPR”可以通過一系列策略阻斷細菌免疫系統(tǒng)。2017年，他們發(fā)表的結(jié)果顯示，另外兩種抗CRISPR阻止免疫系統(tǒng)識別病毒，無論是通過模仿DNA還是像堵塞病毒監(jiān)測機器的粗糙楔子一樣。

Weidenheft表示，最新發(fā)現(xiàn)的重要性在于它是第一例觀察到模仿真實CRISPR蛋白的病毒。

根據(jù)Wiedenheft的說法，關(guān)于病毒是否“偷走”信標(biāo) - 即直接占用它 - 或者它是否獨立進化，這是一個懸而未決的問題。

Wiedenheft說：“接下來，我們想直接測試這種進化假設(shè)，”看看病毒是否可以被捕獲。

Wiedenheft說，如果他們在這方面取得成功，它將為在實驗室中制造抗CRISPR的可能性提供可能，這可能對醫(yī)學(xué)產(chǎn)生重大影響。病毒已經(jīng)被用作抗生素抗性細菌的替代療法，并且設(shè)計它們克服天然CRISPR防御的能力可以進一步幫助治療有害細菌。