大自然的内在免疫防御可以保护工业细菌免受病毒侵害

一项旨在调查免疫防御演变的新研究的结果可能会促进对特定病毒感染免疫的工业细菌的发展。该研究发表在Current Biology期刊上。

细菌有许多工业用途，包括奶酪和酸奶的生产，造纸，沼气和胰岛素等激素的合成生产。这些细菌培养物的病毒感染可以停止生产过程，导致显着的财务成本。

来自康沃尔埃克塞特大学Penryn校区环境与可持续发展研究所的Edze Westra博士说：“我们的研究表明，感染的风险决定了所使用的免疫防御类型。这种自然发生的机制可以用于我们的优势使工业细菌具有抵抗病毒攻击的免疫力。“

在一系列实验中，埃克塞特大学的研究人员将细菌暴露于噬菌体 - 感染细菌的病毒。他们发现，当细菌暴露于大量相同的噬菌体时，它们通过修饰细胞壁而进化出永久性免疫反应。这是一种不可逆转的防御机制，对细菌的长期健康产生负面影响。

当细菌暴露于少量相同的噬菌体时，诱导了使用称为CRISPR的免疫应答的临时防御。虽然在使用时成本高，但在没有病毒的情况下，CRISPR响应可以在需要时处于休眠状态。这种免疫反应的低开销成本对细菌的长期健康影响很小，使其成为商业应用的理想选择。

以与疫苗类似的方式工作，细菌可以“预加载”针对多种不同噬菌体的CRISPR免疫应答。这对于细菌的健康更好，并且导致更高的产物产量以及在一系列病毒感染的情况下保护培养物。

CRISPR通过将来自病毒的遗传信息整合到细菌DNA中来起作用，形成病毒序列的遗传数据库，其用作记忆以在感染期间鉴定病毒。如果病毒感染然后威胁细菌细胞，则CRISPR免疫系统可以通过破坏入侵病毒的基因组来阻止攻击。

该研究表明，寄生虫暴露可能是推动永久性与诱导型或临时性防御在自然界中发展的关键因素。这表明生活在大群体中的生物或富含寄生虫的条件更有可能进化为永久性防御，而低寄生虫条件则选择可诱导的防御。