科學家們在一項新的研究中描述了一種細菌防御策略的一步一步的細節(jié)，他們認為這種機制是開發(fā)一種新的基因組編輯方法的有希望的平臺。
該系統(tǒng)涉及兩種蛋白質(zhì)，它們聯(lián)合起來使質(zhì)粒失效，質(zhì)粒是在不同細菌菌株之間交換遺傳信息的小DNA分子。雖然質(zhì)粒提供了進化上的好處，但它們也可能被宿主細菌視為威脅。
研究小組確定，一種蛋白質(zhì)使用一段短的DNA片段——被稱為DNA向?qū)В瑏硪l(fā)招募另一種蛋白質(zhì)來切割質(zhì)粒的事件。
除了揭示細菌生存的秘密之外，這項研究還發(fā)現(xiàn)了可以應用于基因編輯的成分:引導DNA，它比引導RNA更穩(wěn)定，合成成本更低，以及一種足夠小的功能性蛋白質(zhì)，可以傳遞到哺乳動物細胞中，用于DNA傳感和基因編輯目的。
俄亥俄州立大學醫(yī)學院生物化學和藥理學助理教授Tianmin Fu說:“這個系統(tǒng)有很大的潛力發(fā)展成為一種基因組編輯工具。我們現(xiàn)在正試圖測試它是否可以被重新編程為一項有用的技術。”
這篇論文發(fā)表在8月21日的《細胞》雜志上。
質(zhì)粒在細菌中的存在是眾所周知的——一些細菌分泌質(zhì)粒，質(zhì)粒分子也可以從一個細胞移動到另一個細胞以共享遺傳信息。
“這就是為什么細菌進化得如此之快，有時，質(zhì)?？梢哉系交蚪MDNA中，但這是隨機發(fā)生的。它們可能會給單個細菌的生存帶來困難，但從長遠來看，質(zhì)粒對整個群落有益，因為遺傳信息允許細菌獲得新的特征。”
盡管如此，細菌還是傾向于消滅質(zhì)粒，以防止它們可能采取的任何隨機威脅行動。
Fu和他的同事們用霍亂弧菌作為模型來研究被稱為DdmDE的質(zhì)粒防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)由蛋白質(zhì)DdmD和DdmE組成，并使用冷凍電子顯微鏡觀察它們的功能。
這個過程開始于DdmE與一個非常短的DNA片段結(jié)合，稱為引導DNA，這使得蛋白質(zhì)能夠識別目標質(zhì)粒，并通過利用質(zhì)粒的雙鏈之一形成氣泡來捕獲它。氣泡復合物招募DdmD蛋白，它只能結(jié)合到質(zhì)粒的自由剩余鏈上。一旦結(jié)合，DdmD解離成兩個獨立的分子，它們都像剪刀一樣將質(zhì)粒切成碎片。
該團隊實驗的初步數(shù)據(jù)表明，在DdmD切割后留下的質(zhì)粒片段可以作為引導DNA的一部分，DdmE可以與之結(jié)合以重復這一過程。
“這似乎是一個反饋循環(huán)，一旦你創(chuàng)造了質(zhì)粒片段，那么更多的DdmE就可以獲得這些片段作為指導，以靶向細胞中的更多質(zhì)粒。”Fu教授說。
然而，他補充說:“目前我們還不清楚第一個向?qū)侨绾卧诩毎挟a(chǎn)生的。這是一個‘先有雞還是先有蛋’的問題。”
這一發(fā)現(xiàn)是出乎意料的，因為DdmE與Argonaute蛋白的超家族具有相似的特性，這些超家族可以觸發(fā)宿主細菌的死亡，以避免質(zhì)粒入侵。然而，Argonautes是由引導RNA而不是引導DNA輔助的，而引導DNA是DdmDE系統(tǒng)作為旨在預防疾病的基因組編輯平臺具有吸引力的主要原因。
“因為DdmE需要引導DNA，所以我們可以合成引導DNA來靶向基因組中非常特定的區(qū)域，”Fu說。“我們現(xiàn)在正在哺乳動物細胞中進行測試，看看它是否有效，我們確實看到了一些潛力。”
這項研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-8/20240829205211906.htm） | 
