像大多数生物一样，细菌会被病毒捕食——它们消灭入侵者的首选方法就是简单地将它们切碎。一旦发现病毒，细菌可能会采用多种免疫策略，使用分子切割器（如CRISPR-Cas）切割其基因组，CRISPR-Cas也是一种流行的实验室工具的同名。
现在一项新的研究表明，细菌的防御策略不能孤立地发挥作用。洛克菲勒大学的研究人员发现，CRISPR-Cas系统与细菌的其他重要防御策略（称为限制性内切酶）之间发生了惊人的合作。“许多科学家在他们的研究中使用了这些系统中的一个或两个，但我们不知道它们与细菌的联系程度，”洛克菲勒凯登家族教授、霍华德休斯医学研究所研究员卢西亚诺马拉菲尼说.
发表在MolecularCell上的研究结果表明，虽然限制性内切酶充当第一道防线，但它们还准备了CRISPR-Cas精确靶向病毒所需的材料。“这种机制让人想起我们自己的多管齐下的免疫反应，”Marraffini说。“它包括在激活第二道更强大的适应性反应之前的临时第一道防线。”
多级保护
限制性内切酶能够切割短DNA序列，因此病毒一侵入细菌细胞，细菌就会利用它们。CRISPR-Cas是一个更复杂的系统，后来才出现。虽然限制性内切酶可以像割草机一样粗暴地切割病毒DNA，但CRISPR-Cas就像是辛勤的园丁使用的锋利的剪刀。它通过巧妙地将病毒入侵者与针对特定基因序列的分子指南对齐，从而以完美无瑕的精度切开病毒入侵者。
这两种类型的细菌防御通常被生物学家使用，他们的日常琐事涉及为各种目的操纵DNA——比如对基因进行测序、使分子发出荧光或创造具有修改基因组的动物。在年代，科学家们使用限制性内切酶开发了一种称为重组DNA的新工具，这使得克隆和研究单个基因成为可能。十年前，基于CRISPR-Cas的技术通过为科学家提供在活细胞和生物体内编辑基因组的方法，彻底改变了生物科学。
Marraffini实验室的研究生PascalMaguin与金黄色葡萄球菌一起工作时发现，这种细菌的病毒切割策略比单独使用时效果更好。当葡萄球菌仅受到限制性酶的保护时，它们的防御能力是短暂的，因为一些病毒最终会开始保护它们的DNA——他们的研究表明，一段时间后，培养皿中的细菌将开始减少。但是，如果Staph可以访问这两个系统，它们会很快恢复。
Maguin和他的同事们发现了这两个系统如何协同工作——以前被限制性内切酶剪切的片段有助于CRISPR-Cas机器生成找到病毒和结束感染所需的分子指南。
“这有点像疫苗接种，”马拉菲尼说。“限制性内切酶会切割一小部分病毒，然后CRISPR将使用这些病毒来产生适应性反应。”
这些发现不仅可以帮助我们了解金黄色葡萄球菌如何防御病毒；它们也有可能让我们更好地保护自己免受金黄色葡萄球菌的侵害——一种因对抗生素产生耐药性而臭名昭著的物种。去年，Marraffini的团队发现这种细菌利用其CRISPR-Cas系统不仅可以抵御病毒，还可以产生多药耐药性。有朝一日，对该系统的更好理解可以让科学家们用药物操纵它，以对抗对其他治疗没有反应的葡萄球菌感染。
