IGI 科学家发现了数百个巨大的 病毒 新的 CAS号 基因.
在一个 纸 今天发表于 自然, IGI 调查员 Jill Banfield 报告了一个重大发现：巨大的 噬菌体 包含小说 CRISPR 系统在不同的环境和主机中无处不在。
噬菌体究竟是什么？
噬菌体，通常称为“噬菌体”，是一种丰富的 病毒 那个感染 菌 而另外一个——细胞 生物体。 他们注入他们的 的DNA 进入宿主细胞，劫持宿主细胞复制自己的 DNA 并制造更多的噬菌体。
科学家将制造 DNA 的遗传字母称为“碱基对。” 长期以来，科学家们一直认为，大多数噬菌体体积小，遗传密码短，DNA 碱基对数量少。 平均噬菌体 基因组 被认为大约有 50,000 个 DNA 碱基对长。 相比之下，基因组 E。大肠杆菌 细菌有 1.6 万个 DNA 碱基对，人类基因组有 3 亿个 DNA 碱基对。
巨大的噬菌体——无处不在！
“微生物生态系统中一个未被充分研究的组成部分是捕食者——也就是噬菌体，”班菲尔德说。 科学家认为大多数噬菌体都很小，因此他们通常会通过排除大颗粒的实验来寻找噬菌体。 为了更多地了解噬菌体在不同生态系统中的作用，班菲尔德的小组采用了一种更为开放的方法，称为 宏基因组学. 他们没有遗漏较大的颗粒，而是对样本中的所有 DNA 进行了测序。 这使他们能够找到任何大小的噬菌体。 他们从不同环境中取样，包括人类唾液、动物粪便、淡水湖泊、海洋、温泉、土壤和地壳数百米以下的物质。
研究人员重建了超过 350 个巨大的噬菌体基因组，每个基因组都有超过 200,000 个 DNA 碱基对。 他们组装了一个 735,000 碱基对的噬菌体基因组——这是有记录以来最大的。 这是报道的噬菌体基因组平均大小的十倍以上。
研究人员在他们采样的所有环境中都发现了巨大的噬菌体。 它们感染各种不同的单细胞宿主生物。 “以前曾发现过大型噬菌体，但它们是现场发现，”该研究的共同第一作者 Rohan Sachdeva 说。 Sachdeva 是班菲尔德实验室的生物信息学家。 “我们在这篇论文中发现，它们基本上无处不在。 我们到处都能找到它们。” 这表明巨大的噬菌体不是异常现象，而是地球许多生态系统的基本组成部分。
噬菌体基因组的秘密
小型噬菌体只含有利用宿主细胞制造更多噬菌体的最基本基因。 这包括使 蛋白质 噬菌体的碎片。
“随着更大的基因组大小，你也会获得更多的基因库存，”研究的共同第一作者、班菲尔德实验室的研究生 Basem Al-Shayeb 解释说。 他们发现了具有预期工作的基因，例如将宿主细胞从复制自己的 DNA 重定向到制造噬菌体 DNA，或者在宿主细胞充满新的噬菌体颗粒时使其破裂。 令人惊讶的是，他们还在许多噬菌体中发现了 CRISPR-Cas 基因。
CRISPR-Cas 系统进化为单细胞生物体抵御噬菌体的一种方式。 在自然界中，CRISPR-Cas 系统识别噬菌体 DNA 并将其切割，防止它接管宿主细胞。
Banfield 和她的同事在噬菌体中发现了大多数已知的 CRISPR-Cas 类型，以及 Cas 基因的新变体。 什么是抗噬菌体防御系统 内 噬菌体基因组？ Banfield 怀疑噬菌体使用 CRISPR 来对抗竞争同一宿主细胞的其他噬菌体。 换句话说，噬菌体使用 CRISPR 来保护宿主细胞免受其他噬菌体的侵害——因此它可以将宿主细胞资源全部归自己所有。 一些噬菌体还含有抗 CRISPR。 抗 CRISPR 可以抑制宿主 CRISPR-Cas 系统，否则会切割噬菌体 DNA。
寻找新的 CRISPR 工具
研究人员现在正致力于在他们的实验室中培养巨大的噬菌体。 他们想进一步研究他们的基因的作用。 “我们的目标之一是以最全面的方式获取生物多样性，”班菲尔德说。 “他们用这些基因做什么？ 我们对这些大型基因组的看法是，噬菌体获得了许多不同的基因和途径——其中一些我们可以预测，一些我们不能——以便在感染期间真正控制细菌宿主的功能。”
这些噬菌体也可能是 CRISPR-Cas 工具的新库，可用于 基因组工程. Banfield 解释说：“因为与细菌基因组相比，它们仍然很小，我们希望找到紧凑而有效的基因，这些基因对基因组编辑具有很大的吸引力。”
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这项研究发表在该杂志的网络版上 自然 作为“来自地球生态系统的巨大噬菌体分支。除了班菲尔德、Al-Shayeb 和 Sachdeva，其他作者还有 LinXing Chen、Fred Ward、Patrick Munk、Audra Devoto、Cindy J. Castelle、Matthew R. Olm、Keith Bouma-Gregson、Yuki Amano、Christine He、Raphaël Méheust, Brandon Brooks, Alex Thomas, Adi Lavy, Paula Matheus-Carnevali, Christine Sun, Daniela SA Goltsman, Mikayla A. Borton, Tara C. Nelson, Rose Kantor, Alexander L. Jaffe, Ray Keren, Ibrahim F. Farag, Shufei Lei、Kari Finstad、Ronald Amundson、Karthik Anantharaman、Jinglie Zhou、Alexander J. Probst、Mary E. Power、Susannah G.Tringe、WenJun Li、Kelly Wrighton、Sue Harrison、Michael Morowitz、David A. Relman、Jennifer Doudna、Anne Catherine Lehours、Lesley Warren、Jamie HD Cate 和 Joanne M. Santini。
这项研究得到了加州大学伯克利分校创新基因组学研究所、联合基因组研究所、斯坦福大学、丹麦技术大学、科罗拉多州立大学、多伦多大学、中山大学、开普敦大学、匹兹堡大学学院的资助医学博士、克莱蒙奥弗涅大学、伦敦大学学院结构和分子生物学研究所、国家食品研究所和日本原子能机构。
创新基因组学研究所 (IGI) 是加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校之间的一个非营利性学术合作机构，支持整个湾区的合作研究项目。 IGI 设想了一个基因组工程创新造福人类并为所有人所用的世界。 作为基因组编辑、功能基因组学和其他尖端技术的先驱，IGI 科学家不断突破科学的界限。
媒体联系
梅根 Hochstrasser：megan.hochstrasser@berkeley.edu
吉尔班菲尔德：jbanfield@berkeley.edu
Basem Al-Shayeb：basem@berkeley.edu
