2017年5月12日/医麦客 eMedClub/--近日，据外媒报道，美国微软公司创始人比尔·盖茨在公开演讲过程中担忧，生物恐怖袭击的威胁正不断提高，甚至可能会导致3000万人丧命，比核攻击更具有破坏性。

比尔·盖茨是在英国皇家联合研究所的一场演讲

同样也有部分科学家担心，被誉为“改写生命神笔”的突破技术CRISPR/Cas，因其成本低廉且广泛可用，很多业余爱好者在家或者学校实验室就可以进行实验，但是极有可能会由于操作失误泄露出危险细菌或其他生物菌株，从而引发不可预料的后果，或是被不法分子用作制造生物武器。这一切都深深影响着该技术在应用领域的安全性。

但是我们能不能终结所谓的生物恐怖主义？

Gabriel C. Lander（左）Blake Wiedenheft（中）Joshua Carter（右）

最近来自美国国家过敏症与传染病研究所、斯克里普斯研究所、蒙大拿州立大学、加州大学旧金山分校和加拿大多伦多大学的研究人员首次解析了病毒的抗CRISPR蛋白和细菌的CRISPR复合物结合的结构，准确地揭示了病毒如何让细菌的防御系统完全崩溃，他们发现病毒体内的抗CRISPR蛋白可以把细菌的CRISPR系统“监视器”给遮挡住，然后细菌的防御系统就失灵了，无法识别和攻击病毒基因组。

相关研究结果发表在2017年3月的《Cell》期刊上，论文通信作者为来自斯克里普斯研究所的Gabriel C. Lander和来自蒙大拿州立大学的Blake Wiedenheft。其中来自蒙大拿州立大学的Joshua Carter也是这篇文章的主要作者。

噬菌体内的抗CRISPR蛋白

有入侵的地方总会有反抗

千万年来，细菌与感染细菌的病毒（噬菌体）之间的生存之战一直在持续，从未消停过。细菌的防御系统也因此得到进化，为了避免病毒感染，细菌体内产生了抵抗病毒感染的系统。高等动物体内有复杂的免疫系统来负责这事儿，而细菌体内也有一套简单有效的防御系统—那就是近年来生物学家们竞相追捧的基因魔剪CRISPR/Cas。CRISPR/Cas系统是细菌保护自己防御噬菌体的一种最常见方法，它在许多细菌体内作为适应性免疫系统发挥重要作用。

然而，上有政策，下有对策

难道细菌拥有CRISPR/Cas王牌防御系统难道就高枕无忧了吗？其实不然，在自然界中一直都遵循优胜劣汰、适者生存的原则。细菌的防御系统进化了，那噬菌体就止步不前吗，这并不科学，上有政策，下有对策。噬菌体也针对这些系统进化出了新的拮抗物，科学家们发现其可以利用抗CRISPR蛋白让细菌体内的CRISPR系统瘫痪。

那么这些抗CRISPR蛋白到底如何发挥作用呢？

在这项研究中，科学家们使用被称为冷冻电子显微镜的高分辨率成像技术，发现了CRISPR和抗CRISPR蛋白的三个作用机制。

细菌体内的CRISPR复合物如何识别病毒的遗传物质来发现并攻击它们？

crRNA

复合物中的蛋白缠绕在细菌的crRNA周围，让这种缠绕RNA的特定部分打开。这些特定片段的RNA通过扫描病毒DNA，就可以寻找到它们识别的基因序列。这个系统可以快速读取大量DNA并准确集中目标，如果CRISPR复合物识别病毒的DNA目标，就会招募其它分子破坏病毒的基因组。

病毒抗CRISPR蛋白如何瘫痪这种CRISPR复合物？

一种抗CRISPR蛋白（AcrF1）的结合覆盖住crRNA的暴露片段，从而阻碍了其与DNA结合

之后，研究人员分析了病毒抗CRISPR蛋白如何让CRISPR系统无法工作，他们发现一种抗CRISPR蛋白覆盖住了crRNA的这个暴露片段，从而逃脱了细菌CRISPR系统的监视范围。这些抗CRISPR蛋白通过靶向CRISPR复合物的关键部分，阻止细菌识别病毒的DNA，它们能靶向CRISPR复合物的关键部分。

相关研究人员表示，如果细菌的CRISPR系统识别DNA的机制没有任何变化，将无法逃避这些抗CRISPR蛋白的攻击。

另一种抗CRISPR蛋白采用的策略是什么？

另一个抗CRISPR蛋白AcrF2通过模拟B型DNA蛋白从而阻碍复合体与DNA的结构发挥作用

研究还发现另一个抗CRISPR蛋白采用的是不同的策略。基于其结合位置和负电荷，研究人员认为这个抗CRISPR蛋白是在模仿DNA，诱导CRISPR复合物与其结合，而不是和入侵的病毒DNA结合。

其实，早在几年前科学家们就发现了抗CRISPR蛋白，但是之前我们只知道它是如何发挥作用阻断细菌的防御系统的。

随着CRISPR技术在基础研究和临床上有了越来越多的应用，控制好这种技术也变得越来越紧迫。研究人员认为这种对抗CRISPR蛋白的新认识对开发出更加高效的基因编辑工具是有很大意义的。抗CRISPR蛋白可能能够被用于CRISPR系统之中来迅速阻断基因编辑，或者通过降解抗CRISPR蛋白来触发基因编辑系统，也可能作为CRISPR系统的一种启动/关闭开关发挥作用。

换言之，如果该项技术不幸落入到不法分子手中，这个抗CRISPR蛋白质还可以作为“故障保护装置”，那么还需要担心滥用CRISPR技术招致的生物恐怖主义吗？（eMedClub 责编/刀刀）

参考出处：

https://phys.org/news/2017-03-molecular-onoff-crispr.html

http://www.montana.edu/news/12753/msu-team-determines-structure-of-a-molecular-machine-that-targets-viral-dna-for-destruction

http://science.sciencemag.org/content/early/2014/08/06/science.1256328

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30291-X?_returnURL=http%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS009286741730291X%3Fshowall%3Dtrue

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