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| CRISPR系统研究 根据生物进化论，生物都是不断发展进化的，它们在生长发育过程中通过各种各样不同的方式不断变异进化以适应不断恶化的外部环境，微生物也遵循着这一规律[1]。在大自然中，细菌无时无刻不在受到各种侵袭，因此它们进化出各种各样的策略来使自己适应恶劣环境，从而生存下来。而在细菌的进化发展中，噬菌体不断侵犯迫害它们。噬菌体是细菌的天敌，它们的数量及其庞大，远远超过细菌的10倍，对于细菌的生存造成了极大威胁[2]。 噬菌体的侵袭是充满活力的，从基因水平分析这有助于细菌获得更大的基因组变异和更快的突变率。细菌能够通过捕获新的核酸原件来抵御各种侵袭和干扰，这是细菌进化机制中的一个重要方式。很多细菌和古生菌都可利用核酸交换的方式从其他菌中捕获外源遗传原件，同时外界中的各种遗传原件（如质粒、噬菌体、整合子等）也可以通过噬菌体转导、质粒结合和转化等水平基因转移（horizontal gen transfer，HGT）[3]的方式进入到细菌中，这不仅会使细菌核酸序列的稳定性遭到破坏，而且还会因为毒力基因或者耐药基因的转化与整合而形成新型的致病菌，严重的还会引起新型传染病的大规模暴发和流行。因此，在与噬菌体等侵袭因素的不断斗争发展中，细菌进化出了各种机制来抵抗它们，如DNA注入抑制、吸附抑制、无效感染等。细菌可以通过基因干扰途径来维持自身基因的稳定表达，同时维持基因组的完整性和稳定性。在真核生物中，主要理由为RNA干扰来达到这一目的，我们在很多细菌和古生菌中也发现了类似的干扰途径[4]。多年来，在细菌和古生菌基因组中已经识别出散布有独特间隔区的不同阵列的短重复序列，并且提出这些重复阵列可能具有重要的共同功能，但是该功能的性质仅在最近才得到阐明。CRISPR-Cas分子模型是适应性免疫系统，存在于大多数古生菌和许多细菌中，并针对外源DNA或在某些情况下的RNA序列提供特异性保护。 CRISPR基因座由CRISPR阵列组成，包含由短变异DNA序列（称为间隔区）分隔的短直接重复序列，其侧翼为不同的cas基因。CRISPR-Cas免疫涉及三个不同的机制阶段：适应，表达和干扰。适应阶段涉及将侵入的病毒和质粒等外源DNA片段（称为原型间隔区）作为新的间隔区整合到CRISPR阵列中。这些间隔序列提供序列记忆以针对相应的病毒或质粒随后的侵入进行针对性的防御。在表达阶段，CRISPR阵列被转录为前体转录物（pre-crRNA），其被加工并产生CRISPR RNA（crRNA）。在干扰阶段，由Cas蛋白辅助的crRNAs可以作为特异性靶向和切割同源病毒或质粒核酸的指南。最近的研究表明，CRISPR-Cas系统也可以用于非防卫角色，例如集体行为和致病性调控[5]。 |
