微生物利用 CRISPR-Cas 系统作为抵御病毒入侵的防御机制。在基因工程领域，这种微生物免疫系统被重新用于有针对性地修改基因构成。在鲁尔研究联盟（Research Alliance Ruhr）鲁尔健康研究中心（One Health Ruhr）微生物学家亚历山大-普罗普斯特（Alexander Probst）博士教授的领导下，一个研究小组现在发现了这种特殊基因组序列的另一种功能：古菌（通常与细菌外形非常相似的微生物）也能利用它们来对抗寄生虫。

研究小组最近在《自然-微生物学》（Nature Microbiology）杂志上发表了他们的研究成果。

亚历山大-普罗斯特博士 图片来源：UDE/Bettina Engel-Albustin

2020 年，生物化学家埃马纽埃尔-夏彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗-杜德娜（Jennifer Doudna）因将 CRISPR-Cas 系统（或称"基因剪刀"）应用于基因工程的生物技术而获得诺贝尔奖。然而，这种基因工具的许多功能至今仍未被探索。例如，微生物能否利用它们来对抗寄生在它们身上的其他微生物？

带着这个研究问题，亚历山大-普罗普斯特分析了地壳深处微生物的遗传物质。地球上 70% 以上的微生物都生活在深层生物圈中。如果我们想了解地球上的多样性，就值得深入研究，他解释道。

这位微生物学家和他的团队一起分析了美国一个间歇泉从深海吐到地面的水，以及日本堀之部地下实验室的样本。研究小组重点研究了古细菌，它们作为宿主和寄生虫生活在生态系统中。这种微小的微生物在细胞大小上与细菌极为相似，但生理特性却大相径庭。

他们的基因组分析结果提供了新的见解：宿主附近的寄生虫明显很少，而且宿主对寄生虫表现出遗传抗性。研究人员从微生物基因组中的基因剪刀中发现了其中的原因。"在进化过程中，古细菌吸收了寄生虫的 DNA。如果带有相同 DNA 的寄生虫现在攻击生物体，外来遗传物质可能会被 CRISPR 系统识别并分解，"普罗普斯特解释道。这位微生物学家是分析环境样本中遗传物质的专家，他的实验室采用了最新的方法，如牛津纳米孔技术，该技术可以对遗传物质进行快速、全面的测序。

为了排除他们只是遇到个别情况的可能性，研究人员将分析范围扩大到 7000 多个基因组，并观察到这种现象非常频繁。在未来的研究中，这一发现还将有助于区分有益的共生体和有害的寄生虫。如果存在CRISPR识别，那么该微生物就很有可能是寄生虫。这或许还将有助于今后更好地理解重要的新陈代谢过程，如生态系统中的碳流。