细菌CRISPR-Cas系统的研究进展

获得性免疫长期以来被视为真核生物所独有,而CRISPR-Cas系统的发现则打破了这一定论。它是广泛存在于细菌和古菌中的一种获得性免疫系统,通过捕获整合初次感染的外源核酸片段,在Cas蛋白与cr RNA(CRISPR RNAs)的共同作用下抵御相同核酸的再次入侵,以保护宿主免受侵扰。近些年,CRISPR-Cas系统得到广泛的关注和研究。本文主要从细菌微生物角度,对系统分类、作用机制及原核领域应用等取得重要突破的研究进行扼要阐述,为CRISPR-Cas系统的深入探究和应用拓展提供有价值的参考信息。     

细菌鞭毛在生理活动中的作用

鞭毛是细菌主要的运动器官,细菌通过鞭毛运动实现趋化性。随着研究的不断深入,研究人员发现鞭毛具有很多其他功能。现综述细菌鞭毛在生理活动中的作用,包括鞭毛介导的运动和趋化性,鞭毛的致病性、抗原性与免疫原性,以及鞭毛与冷适应机制的关系,并结合实验室研究方向,对细菌鞭毛相关的冷适应机制做出了展望。     

CRISPR-Cas9技术在细菌中的研究进展及应用

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)最早发现于绝大多数细菌和古细菌中,帮助其防御和抵抗噬菌体和外来质粒的入侵。近年来,随着对该系统结构及功能的逐步深入认识和研究,CRISPR-Cas9技术已经发展成为一种简易高效的基因组定点编辑手段,但是在使用过程中仍存在一些问题。本文重点介绍了CRISPR-Cas9系统功能和分类,在细菌基因编辑中的应用和问题以及应对措施。     

细菌CRISPR-Cas 系统功能及其与噬菌体相互作用

摘要:近来研究发现,细菌CRISPR-Cas 系统在宿主菌抵抗可移动基因元件(mobile genetic elements,MGEs)的过程中发挥重要作用。CRISPR-Cas还参与宿主菌群体行为和毒力基因调控、DNA修复和基因组进化过程。本文着重综述细菌CRISPR-Cas系统的结构、类型、作用机制及其适应性免疫之外的其他功能(如对内源性基因表达的调控、促进基因组进化、DNA修复等);概述噬菌体抵抗CRISPR-Cas系统的机制,并对噬菌体-宿主菌相互作用进行探讨和展望。     

CRISPR-Cas系统调控细菌生理功能的机制研究进展

CRISPR-Cas系统是存在于部分细菌和绝大部分古细菌中的一种获得性免疫防御系统,使细菌在外源性基因入侵时具有免疫防御能力。此外,CRISPR-Cas系统对细菌自身生物膜的形成、耐药性、毒力等生理功能都有调控作用,这对于研究人员进行相关研究有着重要意义。本文以细菌CRISPR-Cas系统及其发挥免疫防御作用的相关研究为基础展开论述,重点阐述该系统对细菌生理功能的调控作用,并对其应用前景进行了展望,以期为进一步研究细菌耐药性和致病性提供新思路。     

利用CRISPR-Cas系统防控细菌耐药性的研究进展

细菌多重耐药是医药健康、农林牧渔、生态环境等多领域共同面临的全球性挑战.抗生素耐药基因跨物种跨区域传播是导致细菌多重耐药形成的重要原因.然而,目前尚无有效方案解决日益严峻的细菌多重耐药问题.由规律成簇间隔短回文重复序列和与之相关的蛋白组成的CRISPR-Cas系统,可靶向切割进入细菌的外源核酸,具有防控耐药基因转移导致...     

CRISPR-Cas系统与细菌和噬菌体的共进化

细菌在适应噬菌体攻击的过程中,进化了多种防御系统,噬菌体在细菌的选择压力下,也在不断进化反防御策略,双方的这种进化关系与发生机制一直尚不完全清楚。近年在细菌和古细菌中发现一种新的免疫防御系统,即CRISPR-Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR-associated system)系统。在对其功能和作用机制深入研究的同时,也不断地揭示了细菌和噬菌体之间的共进化关系。为此,文章在介绍原核细胞中CRISPR-Cas系统介导的免疫机制基础上,重点综述了CRISPR系统在细菌和噬菌体进化中的作用。     

CRISPR-Cas9技术在细菌耐药性防控研究进展

近年来,多种新型耐药基因的出现和全球性流行,严重威胁了全球公众健康.CRISPR-Cas9系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR associated protein 9 system)是细菌的一种适应性免疫系统,可切割耐药...     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

CRISPR-Cas系统在微生物研究中的应用进展

来源于细菌防御系统的CRISPR-Cas系统因其功能强大、多样性受到广泛关注,也在动物、植物、微生物等各个领域得到了应用并迅速发展。概述了CRISPR-Cas系统的作用机理和分类,并对CRISPR-Cas系统在微生物基因编辑和病毒核酸检测方面的研究及应用进展进行了综述,以期为微生物研究工作提供参考。     

基于CRISPR-Cas13家族的RNA编辑系统及其最新进展

存在于细菌和古菌中的获得性免疫系统CRISPR-Cas目前已被广泛应用到生物技术领域,尤其是靶向DNA的CRISPR-Cas9技术。然而CRISPR-Cas系统靶向RNA的技术还处于初步应用阶段。Ⅵ型CRISPR-Cas系统(CRISPR-Cas13)的发现,揭示了RNA引导的RNA靶向性。CRISPR-Cas13是目前CRISPR-Cas家族中唯一只靶向ssRNA的系统,为RNA靶向和RNA编辑奠定了基础。根据Cas13系统发育已证明将Ⅵ型CRISPR-Cas系统分为4种亚型(A-D)。主要对目前最新的靶向RNA技术的CRISPR-Cas13家族的分类以及防御机制进行了综述,介绍了 CRISPR-Cas13 技术的应用以及基于CRISPR-Cas13家族的RNA编辑系统的最新研究进展。最后,对目前CRISPR-Cas13 RNA编辑技术体系存在的问题进行了分析和对未来的发展进行展望。     

细菌毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由两个共表达的基因组成,其中一个基因编码不稳定的抗毒素蛋白(antitoxin),另一个基因编码稳定的毒素蛋白(toxin).毒素-抗毒素系统最早发现于一些低拷贝的质粒,用来维持低拷贝质粒在菌群中的稳定存在.随后的研究表明,毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌,包括一些致病菌的染色体上.在营养缺乏等不良生长条件下,由于基因表达的抑制和蛋白酶的降解作用,不稳定的抗毒素蛋白减少,从而产生游离的毒素蛋白,导致细菌的生长抑制和死亡.毒素-抗毒素系统的生理功能目前还存在争议,有学者认为细茼染色体上的毒素-抗毒素系统可以在不良生长状况下介导细菌的死亡,即细茼程序性细胞死亡(baeterial programmedcell death).但也有证据显示,毒素-抗毒素系统的功能更偏向于应激状态下的生理调节方面,即只起应激状态下的抑菌作用而不是杀菌作用.对细菌生长调控中毒素-抗毒素系统的作用机理进行综述,并探讨毒素-抗毒素系统研究的理论和应用价值.     

CRISPR-Cas生物传感器研究进展

成簇规律间隔短回文序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统是广泛存在于细菌中的一种特有的免疫防御机制,与特殊的Cas蛋白结合后能够有效的对外源的核酸分子进行特异性片段化,并进一步促进其降解。CRISPR-Cas系统具有独特的靶向性,为开发针对于核酸为底物的生物传感器提供了新的概念。越来越多的研究人员根据不同Cas蛋白的性质,建立了独特的逻辑系统对靶标物质进行准确识别,基于CRISPR技术的生物传感器也开拓了该技术在基因编辑以外领域的应用。介绍了CRISPR-Cas系统的起源、作用机制和科学分类,根据生物传感器的作用方式以及识别底物进行了分类,并对基于CRISPR-Cas系统的高效生物传感器的应用前景进行了展望。     

细菌群体感应系统研究进展及其应用

细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节。本文综述了细菌群体感应的最新研究进展,并阐述了其在生物技术领域的应用前景。     

A Microscope Automated Fluidic System to Study Bacterial Processes in Real Time

Most time lapse microscopy experiments studying bacterial processes ie growth, progression through the cell cycle and motility have been performed on thin nutrient agar pads. An important limitation of this approach is that dynamic perturbations of the experimental conditions cannot be easily performed. In eukaryotic cell biology, fluidic approaches have been largely used to study the impact of rapid environmental perturbations on live cells and in real time. However, all these approaches are not easily applicable to bacterial cells because the substrata are in all cases specific and also because microfluidics nanotechnology requires a complex lithography for the study of micrometer sized bacterial cells. In fact, in many cases agar is the experimental solid substratum on which bacteria can move or even grow. For these reasons, we designed a novel hybrid micro fluidic device that combines a thin agar pad and a custom flow chamber. By studying several examples, we show that this system allows real time analysis of a broad array of biological processes such as growth, development and motility. Thus, the flow chamber system will be an essential tool to study any process that take place on an agar surface at the single cell level.     

细菌蛋白质Tat转运系统的研究进展

蛋白质Tat转运系统不同于细菌中普遍存在的Sec转运系统,而与植物叶绿体中蛋白质转运的ΔpH依赖系统相似.通过Tat系统转运的蛋白质底物含有特征性的双精氨酸保守序列核心S/T-R-R-x-F-L-K的信号肽,其h区的疏水性低,c区有由高赖氨酸、高精氨酸构成的避开Sec系统信号,信号肽和成熟蛋白质的组成对蛋白质的转运都有影响.TatA、TatB、TatC和TatE四种蛋白质参与了大肠杆菌的Tat转运系统.被转运的底物蛋白质绝大多数为与细菌厌氧呼吸有关的含氧化还原辅因子的酶,并以折叠形式转运.