噬菌体编码的抗 CRISPR 可以完全逃避 VI-A 型 CRISPR-Cas 免疫

1.  AcrVIA1的发现与功能

AcrVIA1的鉴定：研究人员从环境分离的单增李斯特菌（Listeria seeligeri）中筛选出一种温和噬菌体ϕLS46，发现其编码的AcrVIA1蛋白能够抑制李斯特菌VI-A型CRISPR-Cas系统的免疫反应。

AcrVIA1的作用机制：AcrVIA1通过与Cas13a的crRNA暴露面相互作用，阻止Cas13a与目标RNA的结合，从而抑制Cas13a的顺式（cis）和反式（trans）RNase活性。这种抑制作用不仅阻止了Cas13a对目标RNA的降解，还防止了Cas13a激活后的非特异性RNA降解（即trans-RNase活性）。

2. AcrVIA1的结构与相互作用

结构解析：研究人员通过冷冻电镜技术解析了AcrVIA1-Cas13acrRNA复合物的结构，分辨率达到3.0 Å。AcrVIA1与Cas13a的crRNA暴露面直接相互作用，与Cas13a的多个结构域（包括Helical-1、NTD、HEPN-1和Linker）以及crRNA形成广泛的氢键和疏水相互作用。

关键相互作用位点：AcrVIA1通过其氨基酸残基与Cas13a的crRNA的3'端形成稳定的氢键和堆叠相互作用，阻止了crRNA在目标RNA结合时的构象变化，从而抑制Cas13a的激活。此外，AcrVIA1的C末端螺旋与Cas13a的Linker结构域相互作用，锁定Linker结构域，防止Cas13a在目标RNA结合后的构象变化。

3. AcrVIA1的抑制效果

完全抑制CRISPR-Cas免疫：与已知的抑制DNA切割Cas核酸酶的抗CRISPR蛋白不同，AcrVIA1能够在单次感染中完全抑制VI-A型CRISPR-Cas免疫，即使在低病毒载量和多个靶向spacer的条件下也能有效抑制。

实验验证：研究人员通过在不同CRISPR压力条件下（单个或多个spacer）测试AcrVIA1的抑制效果，发现即使在极低的感染复数（MOI = 0.000001）下，野生型ϕLS46噬菌体仍能完全抑制Cas13a介导的免疫反应，而ΔacrVIA1突变体则无法逃脱免疫。此外，RNA-seq分析显示，即使在噬菌体早期转录的靶标RNA存在的情况下，AcrVIA1也能有效抑制Cas13a。

4. AcrVIA1的特异性

对其他Cas13同源物无效：AcrVIA1对其他Cas13同源物（如L. buccalis Cas13a）无效，这可能是由于不同Cas13蛋白的结构差异导致AcrVIA1无法与它们形成有效的相互作用。

结构比较：通过与L. buccalis Cas13a的结构比较，研究人员发现AcrVIA1与L. seeligeri Cas13a的结合位点存在显著差异，这解释了AcrVIA1的特异性抑制作用。

5.  AcrVIA1的应用潜力

基因编辑工具：AcrVIA1的发现为Cas13工具箱提供了新的调控元件，可用于控制Cas13在基因编辑、RNA敲低和可视化中的应用。

抗CRISPR研究：AcrVIA1的发现进一步揭示了噬菌体与宿主之间复杂的进化关系，展示了噬菌体为逃避宿主CRISPR-Cas免疫而进化出的多样化分子机制。

综上所述，AcrVIA1作为一种新型的抗CRISPR蛋白，能够通过与Cas13a的crRNA暴露面相互作用，阻止Cas13a的RNase活性，从而完全抑制VI-A型CRISPR-Cas免疫。这一发现不仅为理解噬菌体与宿主之间的进化关系提供了新的视角，还为基因编辑技术的发展提供了新的工具和思路。

文章来源：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb6151