“咔嚓、咔嚓……”
科学家利用基因“魔剪”在特定DNA部位切开口子，对基因组进行编辑。
自年6月CRISPR-Cas9技术诞生后，这项被称为“基因剪刀”的革命性技术被用于植物育种、癌症治疗等各个领域，成为全球实验室里最风靡的基因编辑技术。它还以迅雷不及眼耳之势斩获年的诺贝尔化学奖。
“CRISPR-Cas系统是微生物中广泛存在的抗病*免疫系统——约90%的古菌和40%的细菌基因组中存在这一系统。”中科院微生物所研究员向华在接受《中国科学报》采访时说。那么，这种系统如何在微生物中广泛存在并发挥作用？是否有一些“暗物质”在维持这一系统的稳定性？
经过近7年的研究，向华与微生物所研究员李明及合作者找到了保护微生物CRISPR-Cas系统的“暗物质”。相关研究4月30日发表于《科学》。
微生物免疫“分子警察”
“实际上，‘基因剪刀’这一革命性的生物技术起源于科学家对微生物中一种特殊的免疫系统的研究，即CRISPR-Cas。”该研究共同第一作者兼通讯作者李明对《中国科学报》说。
据介绍，CRISPR-Cas系统是在微生物中广泛存在的抗病*（噬菌体）免疫系统。宿主菌通过将入侵病*的特定DNA序列插入到其CRISPR结构中，可形成对该病*的永久性“记忆”。这些记忆性DNA序列可经转录加工产生小分子RNA，它们携带了病*的序列信息，能够指导CRISPR效应蛋白（如Cas9蛋白、Cascade蛋白复合物）特异性识别和切割再次入侵的病*DNA，实现对该病*的适应性免疫。
“如果将CRISPR结构比作记录了病*DNA这种‘犯罪分子’信息的档案库，那么CRISPR效应蛋白就像一些‘分子警察’，手持写有病*序列特征的批捕文件（crRNA）在细胞内寻找并消灭‘犯罪分子’（病*DNA）。”李明解释说。
对此，向华表示，CRISPR-Cas系统的维持和表达往往消耗大量的物质和能量，给宿主细胞造成一定的负担，同时它也有发生“自免疫”的风险，即杀死宿主细胞。因此在进化过程中，细菌可能会丢弃这个系统。
那么，是什么在维持CRISPR-Cas系统在微生物中的广泛稳定性呢？微生物基因组中是否存在一类对其具有保护功能的“暗物质”？这是微生物学家长期