CRISPR/Cas系統是目前發現存在于大多數細菌與所有的古菌中的一種免疫系統，被用來識別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防御系統。在CRISPR/Cas系統中，CRISPR是規律間隔性成簇短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）的簡稱，涉及細菌基因組中的獨特DNA區域，也是儲存病毒DNA片段從而允許細胞能夠識別任何試圖再次感染它的病毒的地方，CRISPR經轉錄產生的RNA序列（被稱作crRNA）識別入侵性病毒的遺傳物質。Cas是CRISPR相關蛋白（CRISPR-associated proteins, Cas）的簡稱，Cas蛋白像一把分子剪刀那樣切割細菌基因組上的靶DNA。
細菌與感染細菌的病毒（噬菌體）之間的生存之戰導致了許多細菌的防御系統得到進化，同時噬菌體也針對這些系統進化出了新的拮抗物：抗CRISPR蛋白。CRISPR-Cas系統是細菌保護自己防御噬菌體的一種最常見方法，它在許多細菌體內作為適應性免疫系統發揮重要作用。目前CRISPR-Cas9系統已經越來越廣泛地得到科學家們的青睞，用于基因修飾和基因功能研究。
鑒于已知Cas9核酸內切酶在細胞內逗留太久會導致脫靶效應，科學家們正在努力開發Cas9關閉開關在理想的情況下，Cas9會發現完美的靶標，隨后一種Cas9抑制劑阻止這種酶發生額外地切割。如今有研究證實病毒進化出的反制措施，即被稱作抗CRISPR蛋白（anti-CRISPR）的抑制性蛋白，能夠被用來改進作為一種基因治療工具的CRISPR-Cas9，從而降低可能導致不良副作用的脫靶基因編輯。
在此之前，小編針對CRISPR/Cas系統開展大量的總結和分析，但是未專門針對抗CRISPR蛋白開展過相關的總結。基于此，小編特地針對抗CRISPR蛋白近年來取得的進展，進行一番盤點，以饗讀者。
Nature：CRISPR-Cas也有天敵！
doi:10.1038/nature15254
近日，來自加拿大多倫多大學的研究人員在著名國際學術期刊Nature上發表了一項最新研究進展，他們在這項研究中首次發現了噬菌體合成的用以抑制細菌體內CRISPR-CAS系統的蛋白質。 在這項研究中，研究人員利用生化和體內研究方法對噬菌體產生的三種抗CRISPR蛋白進行了研究，結果發現每一種蛋白質都通過不同的機制抑制CRISPR-CAS活性。其中兩種蛋白通過與CRISPR-CAS復合體內的不同蛋白亞基發生相互作用，利用空間或非空間抑制效應阻斷CRISPR-CAS復合體的DNA結合活性。而第三種抗CRISPR蛋白則通過與CAS3解旋酶－核酸酶結合，阻止其被招募到與DNA結合的CRISPR-CAS復合體上。
研究人員利用體內實驗證明抗CRISPR能夠將CRISPR-CAS系統轉變為一個轉錄抑制因子，首次提出了通過蛋白結合調節CRISPR-CAS活性的模型。
這些抗CRISPR蛋白的多樣性序列和作用機制代表它們具有各自獨立的進化過程，同時提示可能還會存在其他可能調控CRISPR-CAS功能的蛋白，仍然需要更多研究進行深入探討。
2. Cell：贊！又發現兩種新的抗CRISPR蛋白
doi:10.1016/j.cell.2016.12.009
在剛剛發現幾種能夠阻斷人細胞中的CRISPR-Cas9活性的蛋白（Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.11.017）之后，來自美國加州大學舊金山分校的Joseph Bondy-Denomy和同事們在一項新的研究中報道了更多的抗CRISPR蛋白（anti-CRISPR）。
研究人員先假設細菌基因組可能含有一種抑制劑來阻止CRISPR切割其自身基因組中的靶標，然后通過在細菌基因組中尋找CRISPR序列和它的靶標而發現這些Cas9抑制劑。確實，Rauch和同事們揭示出幾種存在于李斯特菌中的抗CRISPR蛋白，而且這些抗CRISPR蛋白的序列是之前的噬菌體感染中遺留在李斯特菌基因組中的。Rauch說，“正如CRISPR技術是基于細菌的天然抗病毒防御系統開發出來的，我們也能夠利用病毒制造出的抗CRISPR蛋白來繞過這些細菌防御系統。”
這項研究發現兩種蛋白抑制劑AcrIIA2和AcrIIA4阻斷來自釀膿鏈球菌的Cas9酶活性，其中Cas9是一種經常用于基因組編輯中的DNA切割酶。
3.Nat Microbiol：微生物利用抗CRISPR蛋白破壞CRISPR/Cas系統
doi:10.1038/nmicrobiol.2016.85
在一項新的研究中，來自加拿大多倫多大學和新西蘭奧塔哥大學的一個研究團隊發現多樣性的細菌物種編碼阻斷特異性CRISPR/Cas系統活性的基因。通過掃描原噬菌體（即整合在細菌基因組中的噬菌體基因組），來自多倫多大學的Alan
Davidson和同事們鑒定出5種新的抗CRISPR蛋白編碼基因，而在此之前，他的團隊已鑒定出9種。這項最新的研究突出強調了一種學習CRISPR系統如何工作的方法以及一種潛在的開展基于CRISPR的基因編輯的附加工具。相關研究結果于2016年6月13日在線發表在Nature
Microbiology期刊上，論文標題為“Inactivation of CRISPR-Cas systems by anti-CRISPR
proteins in diverse bacterial species”。
在當前的這項研究中，Davidson團隊擴大對變形菌門（Proteobacteria）內細菌物種基因組的搜尋。鑒于之前鑒定出的這9種蛋白沒有共同的序列基序，研究人員尋找與一種假定的轉錄調節基因具有同源性的序列，這是因為他們發現這種轉錄調節基因位于所有已知的抗CRISPR位點的附近。
Davidson和同事們然后測試了在質粒中表達的每種假定的抗CRISPR基因是否能夠支持噬菌體在攜帶靶向它的I-E型或I-F型CRISPR系統的細菌內復制。他們又鑒定出4種靶向作用于I-F型CRISPR系統的抗CRISPR基因，以及一種能夠阻斷I-E型和I-F型CRISPR系統的抗CRISPR基因。
4.mBio：鑒定出新的一組抑制銅綠假單胞菌I-E型CRISPR-Cas系統的噬菌體抗CRISPR基因
doi:10.1128/mBio.00896-14
在一項新的研究中，多倫多大學的Alan Davidson團隊證實攜帶I-F型抗CRISPR基因的一些噬菌體介導對銅綠假單胞菌的I-E型CRISPR-Cas系統的抑制。這些基因并不抑制銅綠假單胞菌的I-F型CRISPR-Cas系統，也不抑制大腸桿菌的I-E型CRISPR-Cas系統他們也在銅綠假單胞菌的非前噬菌體基因組區域（可能是可移動的遺傳因子）中鑒定出功能性的抗CRISPR基因。
他們首次證實銅綠假單胞菌的I-E型CRISPR-Cas系統無需基因操縱就天然地具有活性，這與之前描述過的大腸桿菌和其他細菌的I-E型CRISPR-Cas系統形成鮮明對比。
5.Cell：重磅！揭示抗CRISPR蛋白阻斷CRISPR系統機制
doi:10.1016/j.cell.2017.03.012
如今，來自美國國家過敏癥與傳染病研究所、斯克里普斯研究所、蒙大拿州立大學、加州大學舊金山分校和加拿大多倫多大學的研究人員首次解析出病毒抗CRISPR蛋白附著到一種細菌CRISPR監視復合物上時的結構。他們發現抗CRISPR蛋白的作用機制是封鎖CRISPR識別和攻擊病毒基因組的能力。一種抗CRISPR蛋白甚至“模擬”DNA，讓這種crRNA（CRISPR經轉錄產生的RNA）引導的檢測機器脫軌。相關研究結果發表在2017年3月23日的Cell期刊上，論文標題為“Structure
Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR
RNA-Guided Surveillance Complex”。論文通信作者為來自斯克里普斯研究所的Gabriel C.
Lander和來自蒙大拿州立大學的Blake Wiedenheft。