病毒感染细菌

你知道细菌可以生病,就像你吗?如果你曾经感冒或流感你知道这不是有趣的感染病毒。好吧,事实证明,世界上大部分的病毒感染细菌而不是人。科学家称这些病毒噬菌体(字面意思是“细菌吃”)。大约有10^30.病毒在海洋里(这是一个有30 0背后!)。这是比星星在宇宙中有更多的病毒!大多数这些海洋病毒感染细菌(1]。

也许这一切都是新的,但是细菌和病毒已经存在了很长时间。细菌进化与病毒因为生命的起源。他们被锁在一个常数争夺30亿多年(2]。毕竟那个时候,细菌进化出了一些小窍门来保护自己。

细菌保护自己,就像我们做的一样

身体有很多方法来防止你生病或者帮助你更好更快地当你生病。你的第一道防线是你的皮肤和身体内部的膜。这些把讨厌的细菌和病毒就像一堵墙。当你得到削减,你为什么要小心保持它干净吗?这样你不会被感染。

可是有时,你的皮肤是不够的,你生病。当你发烧时,这是一个迹象表明,你的身体正在试图打击任何使你生病。有一些巧妙的方法你的身体能抗感染(3]。后,你的身体能对抗病毒感染的第一次,它可以形成一个内存病毒是什么样子的。这样,你不会再生病的病毒。你会认识到“坏人”和反击。我们称之为记忆”适应性免疫”,这就是为什么人们通常只能获得一次水痘,这也是为什么疫苗的工作。疫苗显示你的身体一点点的死亡或削弱了病毒,所以你的身体可以记住病毒和对抗活版本。有些病毒随时间变化,所以这些记忆永远不工作。你得到一个感冒或流感不止一次?这是因为这些病毒迅速变化。每次生病时,它实际上是一个略有不同的版本的感冒或流感。

细菌似乎比我们简单得多。毕竟,他们真的很小,仅由一个细胞组成的。细菌没有大脑或其他器官。甚至他们的一个细胞看起来比我们自己的细胞中的一个简单得多。即便如此,细菌能保卫自己免受病毒很像。

首先,每一个细菌周围是一个“细胞膜和细胞壁。“这些结构就像盾牌保护细菌免受世界,类似于你的皮肤可以保护你。病毒需要附着在细胞外,通过进入戳。如果细菌细胞壁的形状变化,这可以防止病毒坚持他们。然后保护细菌免受感染。

如果病毒通过细菌的细胞壁吗?嗯,一些细菌也有适应性免疫,就像我们做的!这意味着他们可以存储记忆的一种病毒,以帮助他们保护自己。科学家最近才发现这个相对(4,5]。之前,没有人认为细菌是足够复杂适应性免疫。自然继续与新的惊喜科学家,奇怪的东西。我们所说的系统,提供适应性免疫的细菌”CRISPR”系统。

CRISPR代表“集群regularly-interspaced短回文的重复”,这是一个复杂的方式描述CRISPR是什么样子。当科学家测序一些细菌的遗传密码(DNA),他们发现一个相同的模式短序列重复一遍又一遍地中间有些差距(regularly-interspaced)。这些短的重复位是回文,这意味着他们看起来一样的向前或向后(如单词“kayak”和“赛车”)。最后,所有的重复被发现集群在细菌的DNA接近对方。因此,科学家们想出了CRISPR名称。我们承认这个名字很混乱,但如果我是你我就不会担心。科学家们做一个好的工作,弄清世界是如何工作的,但我们不擅长提出简单的名字的东西。

CRISPR是如何工作的呢?

我们是什么意思当我们说CRISPR有助于细菌“记住”病毒?明白,首先,你必须了解什么是病毒。与人类不同的是,与细菌、病毒的细胞。相反,病毒是一串DNA或RNA分子(DNA)相关包装紧密成胶囊由蛋白质构成的。你能想到的DNA长书描述生物应该是什么样子。例如,你的DNA描述你的身体应该如何工作,这“代码”,连同你周围的世界,形状如何成长。所有生物储存他们的基因编码的DNA,但一些病毒RNA。RNA并几乎一样的DNA病毒,但构建有所不同(想想那些病毒的代码被写在石碑上,而不是纸)。

初感染,病毒的DNA或RNA被注入一个细胞(人类的细胞,如果病毒感染人类,或细菌细胞如果病毒感染细菌)。之后,病毒重组细胞大量复制的病毒。最终,这些副本是打包成新的胶囊。最后,细胞破碎的开放和很多新生的病毒就走到世界感染新的细胞。你可以看到这是如何工作的图1。

CRISPR在细菌细胞在两步工作。首先,当细菌CRISPR系统,它可以存放一些零碎的病毒DNA。每一个这些作品可以被认为是一个不同的“记忆。“现在细菌知道病毒的“代码”的一部分,可以意识到这是一个“坏家伙”。如果病毒本身注入到细胞,病毒与细菌的存储记忆,然后细菌知道错了。一旦被感染细菌知道它,它开始的第二步CRISPR免疫力。细菌利用其CRISPR系统肢解这个病毒在病毒有机会复制本身。瞧,不感染!我们这是如何工作的图2。当然,细菌不“思考”或“知道”之类的东西,因为他们没有大脑。CRISPR免疫所有的步骤自动发生,但它有助于认为“记忆”当试图理解它们是如何工作的。

我们为什么如此在意CRISPR吗?

最近,CRISPR新闻。很多人很兴奋这个奇怪的小系统,细菌用来对抗病毒!你问为什么这么兴奋呢?好吧,事实证明,我们人类是很擅长偷窃工具细菌在几十亿年进化和使用他们自己的目的。科学家已经能够把CRISPR变成一种“DNA编辑“(6,7]。细菌利用CRISPR削减的DNA病毒在一个非常具体的方式。科学家们已经想出了如何利用CRISPR削减任何我们想要的DNA以任何方式非常精确!

科学家们为什么要编辑的DNA呢?一些人类疾病很难治愈,因为他们是由我们的基因决定的。这些疾病不是由病毒或细菌引起的。一些例子是镰状细胞性贫血和囊性纤维化。这些疾病都是由微小变化引起的遗传密码。这些变化使身体略有不同的方式工作。CRISPR,我们可以编辑DNA,也许解决这些微小的变化。这意味着CRISPR可以用来帮助治疗一些遗传性疾病。不过,并不是所有的。科学家们使用CRISPR设计生命力强,对我们吃的农作物,试图摆脱携带疾病的蚊子,等等。

我们仍在学习如何最好的使用CRISPR作为工具。是很重要的,我们一定要使用CRISPR好的理由。最近,科学家报告说,他用CRISPR编辑两个孩子的DNA。他试图使它们抵抗某种疾病。全球科学界非常担心当他们知道这个。许多科学家担心所使用的科学程序。其他人怀疑研究员行为是否符合伦理道德的行为。许多科学家认为好处不大于风险。的编辑会很容易预防的疾病预防与其他方法。CRISPR技术不是完美的,可能是有害的。 Often, CRISPR can introduce changes into DNA where we do not want it to. Using the technology on humans can be risky. It is important to remember that, just because a scientist can do something, does not mean they should. Scientists around the world frequently hold big meetings to discuss these issues and the best way forward. At those meetings, they ask each other, and members of the public, questions like, “Is it ever OK to edit a human’s DNA?” and “If so, when would it be OK?” What do you think? What if we use CRISPR to cure diseases? What if we use it for other purposes, like to make smarter or stronger people? What if only some families can afford it? It is important that we ask each other these questions and that we include concerned individuals from all over the globe. That way we can choose a path that better takes into account the needs and worries of everyone involved.

术语表

病毒:↑病毒是一种少量的DNA或RNA蛋白质外壳包围。基本上,一个病毒只是一个说明书用于建造更多的病毒。当病毒进入活细胞(人类的细胞,如果病毒感染人类,或细菌细胞,如果病毒感染细菌)它重组细胞和细胞变成病毒工厂。

适应性免疫:↑所有生物有不同类型的免疫保护自己免受感染。适应性免疫系统允许有机体从过去记得感染为了更好地对抗在未来同样的感染。

细菌:↑细菌是一种微观生物由一个细胞组成的。他们的细胞比人类的更简单,。一些细菌会让你生病,但大多数没有。事实上,你依靠你的肠道中的细菌来保持健康!

CRISPR:↑CRISPR是一种适应性免疫系统,用来抵抗病毒感染的细菌。CRISPR允许细菌记得他们看到病毒在过去,在未来和识别和对抗这些病毒。

DNA编辑:↑科学家们已经想出了如何利用CRISPR编辑DNA。这意味着他们可以重写“说明书”,告诉每一个生物体如何生活和成长。我们称之为“DNA编辑。”

利益冲突声明

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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引用

[1]↑净重,c . a . 2005。病毒在海里。自然437:356。doi: 10.1038 / nature04160

[2]↑Forterre, p . 2006。病毒的起源和主要进化可能的角色转换。病毒Res。117:5-16。doi: 10.1016 / j.virusres.2006.01.010

[3]↑卓别林,d . d . 2010。免疫应答的概述。j .过敏中国。Immunol。125:S3-23。doi: 10.1016 / j.jaci.2009.12.980

[4]↑Mojica f·J。,Díez-Villaseñor, C., García-Martínez, J., and Soria, E. 2005. Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements.j·摩尔。另一个星球。60:174 - 82。doi: 10.1007 / s00239 - 004 - 0046 - 3

[5]↑Barrangou, R。Fremaux C。Deveau, H。,Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S., et al. 2007. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes.科学315:1709-12。doi: 10.1126 / science.1138140

[6]↑Jinek, M。,Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., and Charpentier, E. 2012. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity.科学337:816-21。doi: 10.1126 / science.1225829

[7]↑Gasiunas G。,Barrangou, R。,Horvath, P., and Siksnys, V. 2012. Cas9-crRNA ribonucleoprotein complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunity in bacteria.Proc。国家的。学会科学。美国109:e2579 - 86。doi: 10.1073 / pnas.1208507109