魏茨曼科学研究所 第一行:感染后15分钟左右，含有反转录酶的大肠杆菌破坏了细胞膜(中间)。细胞死亡时，红色显示细胞膜上有洞
(右)噬菌体感染45分钟后，许多细胞死亡，但仍有一些细胞继续生长
底部:缺乏这种逆转录酶的细菌在15分钟后看起来很好，但45分钟后，被感染的细胞已经死亡，病毒的DNA已经溢出，进入剩下的几个细胞
信用:魏茨曼科学研究所 在许多种类的细菌中发现了特殊的杂交结构，称为半核糖核酸、半单链脱氧核糖核酸的反转体
自从大约35年前发现以来，研究人员已经学会了如何在实验室中使用逆转录酶来产生单链DNA，但是没有人知道它们在细菌中的功能，尽管对这一问题进行了大量的研究
在今天发表在《细胞》杂志上的一篇论文中，魏茨曼科学研究所的一个小组报告了一个长期未解的谜:逆转录酶是免疫系统的“卫士”，当细菌群被病毒感染时，它能确保细菌群的生存
除了发现细菌保护自己免受病毒感染的新策略——一种与植物免疫系统使用的策略惊人地相似——这项研究还发现了许多新的反转录因子，这些因子在未来可能会增加基因组编辑工具包
这项研究是在教授的实验室进行的
该研究所分子遗传学部的罗滕·索莱克，由阿迪·米尔曼博士领导
奥德·伯恩海姆和阿维盖尔·斯托卡尔-阿维海尔在他的实验室
Sorek和他的团队并没有着手解决retron之谜；他们正在寻找细菌免疫系统的新元素，特别是帮助细菌抵御病毒感染的元素
他们最近发现，细菌的免疫系统基因往往在所谓的防御岛的基因组中聚集在一起，这使得他们的研究变得更加容易
当他们在一个细菌防御岛内发现了反转体的独特特征时，研究小组决定进一步调查
他们的初步研究表明，这种反转录酶肯定参与了保护细菌免受被称为噬菌体的病毒的侵害，这种病毒专门感染细菌
当研究人员更仔细地观察位于已知防御基因附近的额外反转录子时，他们发现这些反转录子总是在物理和功能上与另一个基因相连
当伴随基因或反转体发生突变时，细菌在抵抗噬菌体感染方面不太成功
研究人员随后开始在防御岛上寻找更多这样的复合体
最终，他们在众多细菌物种的不同防御岛中鉴定出约5000个反转录酶，其中许多是新的
为了检查这些逆转录酶是否作为免疫机制发挥作用，研究人员将许多逆转录酶一个接一个地移植到缺乏逆转录酶的实验室细菌细胞中
正如他们所怀疑的，在大量的这些细胞中，他们发现了保护细菌免受噬菌体感染的逆转录酶
retrons是怎么做到的？研究小组将注意力放在一种特殊的反转录因子上，追踪它在面对噬菌体感染时的行为，发现它的功能是导致被感染的细胞自杀
细胞自杀，一度被认为只属于多细胞生物，是中止广泛感染的最后手段——如果自杀机制的工作速度足够快，在病毒完成自身复制并扩散到其他细胞之前杀死细胞
进一步的研究表明，反转录酶本身并不感知噬菌体的入侵，而是监视免疫系统的另一部分，称为RecBCD，这是细菌的第一道防线
如果它意识到噬菌体已经破坏了细胞的RecBCD，逆转录酶通过第二个相连的基因激活它的程序，杀死被感染的细胞并保护菌落的其余部分
“这是一个聪明的策略，我们发现它的工作方式类似于植物细胞中使用的保护机制，”索雷克说
“就像感染植物的病毒一样，噬菌体配备了各种抑制剂来阻断细胞免疫反应的各个部分
逆转录酶，就像植物中已知的一种保护机制，不需要能够识别所有可能的抑制剂，只需要控制一种特定免疫复合物的功能
受感染的植物细胞采用这种“流产感染”的方法，杀死一小片叶子或根，努力拯救植物本身
由于大多数细菌生活在群体中，同样的策略可以促进群体的生存，甚至以牺牲个体成员为代价
" 逆转录酶对生物技术非常有用，因为它们始于一段核糖核酸，这是合成脱氧核糖核酸链的模板
逆转录序列中的这个模板可以换成任何想要的脱氧核糖核酸序列，有时可以与从细菌免疫工具箱——CRISPR——借来的另一个工具结合使用，以各种方式操纵基因
Sorek和他的团队认为，在他们发现的各种各样的反转录因子中，可能隐藏了不止几个可以为特定基因编辑需求提供更好模板的反转录因子
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