噬菌体实的那么凶猛吗?细菌会不会进化出杀死噬菌体的抗体?

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kewenda
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楼主

一不小心问出了一个诺奖级此外问题。╮( ̄▽ ̄)╭题主有程度啊。

本年的诺贝尔化学奖,CRISPR Cas9 基因编纂手艺,恰是基于对细菌获得性免疫的研究而产生的。好问题啊,好问题。

不外在正式答复之前,我得先声明,那是一篇科普向文章,最次要的目标是让小白读者敏捷无障碍的领会细菌的免疫机造,在包管信息根本准确的同时,不免会在一些科学细节上有纰漏,还望专业读者海涵。不外我会附上一片SCI,干货满满,足够满足诸君刁钻的味蕾。O(∩_∩)O

好嘞,那我们起头吧,先上图:

为了避免隔邻老王趁你不在的时候偷家,咱先得晓得老王都有哪些姿势蛊惑,不是,进攻我方水晶。

噬菌体传染细菌,拢共分五步:

一次不经意的触碰:接触细菌外表。宿命般吻下的只言片语:将噬菌体DNA注入宿主细菌体内。在她的一段生命留下印记:噬菌体DNA嵌入宿主细菌DNA序列。必定会有许多关于奥秘的证明:噬菌体在宿主细菌体内拆配新噬菌体。用来忘记她,去完成你奔向诗和远方的宿命:裂解宿主细菌,传染其他安康细菌。

(写完我都不淡定了。。。)

好的,老王的套路我们大要懂了,一个一个破掉它们,你媳妇就平安了。

针对那不经意的一碰,细菌有三种战略,我管他叫”想泡老娘你还得练几年弟弟三板斧防御系统“

寡里寻他千百度,那人却在,玩命儿关窗户:

有些细菌具有细胞壁,那层包裹在懦弱细胞膜之外的物量,次要成分是脂多糖,一种吃起来可能略微类似农夫山泉(有点儿甜)的长链聚合物。他们就跟盔甲一样死死把细菌裹住,隔断包罗噬菌体在内的潜在外来威胁。更重要的是,脂多糖还能制止细菌的外表卵白与噬菌体的卵白量外壳间接接触。那个机造,就比如潘金莲家的窗户,只要稳定开,一般出不了大情况。

2. 我欲将心向明月,奈何三更起大雾:

有些细胞可能没有细胞壁,但那不是因为人家缺心眼儿。有细胞壁固然比力抗揍,但是相当影响长个儿。为啥南方水土再丰美,天气再恼人,也长不出200斤的小强呢,就是因为小强有外骨骼。细胞壁对细菌的影响跟那差不多。不外,人家有其他兵器,那即是荚膜。次要成分仍是一些糖类和卵白量,其实那玩儿的感化吧。。。跟腿毛差不多,就跟蚊子会被腿毛缠住,丧失动作才能曲到被你拍死一样,噬菌体再牛逼,也会丢失在荚膜的重重浓雾之中,更牛逼的是,有的细菌以至能够将卵白量酶释放到荚膜里,专门合成噬菌体的外壳,靠,那几乎就是带了持续掉血效果的战争迷雾,归正挺牛B。

3. 多情自古伤拜别,为啥不克不及留下爷:

当然,也不是所有战争迷雾都有用,只要量大,总会侧漏。我实没此外意思。你想想人家噬菌体多小,数量多么庞大,双拳难敌四手,总有几个丧家之犬,对吧。问题不大,人家细菌还有一招。有些比力绝的同志,间接本身把外表卵白给吃了,你噬菌体不是喜好勾搭我吗,我如今连让你勾搭的受体都吞了,我看你往哪儿钩。那就比如老王要溜进我家,给我的人生扣下浓墨重彩的一笔,奈何老子为了彻底的平淡,把门都给封上了,你老王往哪儿溜?

以上,通过”想泡老娘你还得练几年弟弟三板斧防御系统“,噬菌体想接触细菌外表就已经困难重重了,不外仍是有一些骨骼过于精奇的伴侣破解了严防死守,最末扎(原来我是想打”射“来着)出了那一条功恶的DNA。

那为啥那条噬菌体DNA如斯功恶呢?老娘怀里暖和,那你就诚恳巴交待着不完了吗,别(读四声)瞎整事儿,谁还能说你咋地?坏就坏在,噬菌体它不诚恳。

其实关于病毒算不算是生物,学术界不断是存在争议的。为啥呢?因为想成为生物得满足几个硬目标:

有新陈代谢,就是能吃能拉能睡觉。性状能够遗传。遗传物量能够产生随机变异。能对外界刺激产生反响,反例就是动物人儿。

病毒吧,除了有遗传物量之外,其他三个硬目标,在它们找到适宜的宿主细胞之前,都是没有的。就连生孩子那么本能的事儿,没有宿主细胞的帮忙,病毒本身也干不了,所以如斯看来,连满足第二个硬目标也很勉强。咋说呢,只要没抱上细胞的大腿,病毒丫就是一废料。所以,严谨的科学家们很难把零丁的病毒看做是一种生命体。

病毒之所以废,仍是因为构造太简单。就一个卵白量外壳加上里边儿的遗传物量(DNA或RNA),整的本身跟个京东快递一样。要想活得像个有机物,必需得找到功用性卵白量,好死不死细胞里,好比细菌,正好有那些功用卵白。如今你大白为啥噬菌体要将本身的遗传物量射进。。。打针进。。。细菌体内了吧?

不外,比拟细菌的体积,一条DNA仍是太小了。要晓得卵白量可没长眼睛没长腿,哪怕再奇怪一条DNA,也没法儿可劲儿跟人家私奔。能不克不及在一路,根本靠瞎碰。那怎么进步碰上的时机呢?整多点儿DNA不就完了!哎,那就是为啥噬菌体非得把本身的DNA嵌入的宿主DNA序列中的原因。

要理解透那里边儿的原理,咱们必需的好好掰扯掰扯DNA序列到底是怎么工做的,那个看起来明摆着的问题,还实纷歧定谁都大白。很不严谨的说,DNA上有一些特定的区域专门给功用卵白量供给连系位点,就比如北京南站,挂上车头顺着铁轨跑,你很快就能吃上香河肉饼。若是有一段卵白量的功用正好是复造它后面的那一段DNA,而那一段DNA又是嵌入的噬菌体DNA,当它与阿谁宿命般的位点连系之后,复造的机造就会被激活,并敏捷准确的完成抄功课那项伟大而艰巨使命。然后,那个被傻夫夫的卵白量不断抄下来的噬菌体DNA,很快就会充满细菌内部,大大增加碰到其他功用卵白的几率,完成它与生俱来的任务,消费外壳,自拆本身,繁育下一代!

当然,偷偷潜入宿主DNA那么高级的动做,噬菌体DNA本身是很难完成的,那就需要噬菌体本身照顾的卵白量帮手了。

OK,根底常识咱们扯完了,下面就来看看细菌怎么破。

起首,不管细菌仍是噬菌体的DNA,都有一段特殊的序列,叫做”按捺酶辨认序列“,他就干一件事儿,消费按捺酶,那种酶就喜好吃DNA,甭管是谁的,吃就完了。当然,那个非常弱智的操做很有可能让细菌本身把本身玩儿死,底子不消费事噬菌体。还好,为了不活成一个段子,细菌本身有卵白量专门负责甲基化润色,那个名词是给你吹法螺B用的,不消大白,你就晓得,有那玩意儿庇护,按捺酶就咬不动本身个儿的DNA了。剩下不利的,就是刚偷摸玩儿了一把狸猫换太子的噬菌体DNA了。

别的,还有一些细菌会产生按捺DNA嵌合酶,他们阻遏的恰是偷偷把噬菌体DNA挂在宿主细菌里的那家伙,那么一来,失去了扩军才能的噬菌体,没有足够的DNA复成品,也就不成能完成强迫细菌给他生娃(组拆本身)的千秋大业了。

除此之外,细菌还会随机变异出一些专门编纂针对噬菌体入侵的卵白量的基因序列,并以量粒的形式保留在细胞量中,通细致胞之间的交配,是的,你没听错,过程就是OOXX,一个细菌伸出一根管子,与另一个细菌毗连,通过一段一般不成描述,然而一旦描述就又能够水一篇知乎文章的复造机造,把那个编码了斩杀噬菌体的量粒传给他的姘头,如许,两个细菌就奥秘的分享了抵御力。实的不是我想开车,但我很想说,那个过程像极了接吻。

好的,我晓得你已经很久没有读过那么多汉字了,非常感激列位同窗不吝委屈膀胱,冒着患急性肾炎的风险,也要继续听我聊聊本年的诺贝尔化学奖。不外我仍是希望你们能尽量在排泄的时候读我的文章,确实有相关研究表白,人们拉粑粑的时候,思维更活泼。我说那些实的不是在学郭敬明,为了节目效果公开不要脸。不信你能够尝尝。

老例子,先上图:

买不起iPhone 12的你,照样能够很时髦

咱们先来看看CRISPR 和 Cas9别离是啥。CRISPR,规律间隔成簇短回文反复序列,如斯高峻上的名字,其实说的就是图里那些又黑又短的,名叫crRNA的小心爱。其实他们几乎长得都一样,就是一段段反复的碱基构成的序列。仍是不太懂是吧,没事儿,咱举个栗子。一段病毒的DNA就比如是一根导线,完好的才气通电,如果我在那些导线中间插入一堆绝缘的奥秘棒状物,哪怕每一段导线都能零丁起感化,奈何整到一路仍是得歇菜。crRNA,未来自噬菌体的DNA序列拦腰截断,如许即便它们存在于宿主的遗传物量中,也没法起感化。那为啥我得把那么危险的工具留在本身体内呢?其实那些序列就比如噬菌体的指纹,哪怕再崇高高贵的功犯,只要让片儿警逮着一验,立马露馅儿。咱们的片儿警,就是Cas9,一种能够定向切割DNA的奇异卵白量,将来人类社会不公平的首恶祸首。

在聊它之前,咱们先得处理别的一个问题,那就是DNA固然好,但是单链形态下它有点儿不不变,容易走着走着就散了。那咋办呢?因为一些你不需要领会并且吹法螺的时候容易把本身先整糊涂了招致为难的复杂的构造优胜性,那些具有噬菌体特征的DNA序列会起首被酿成RNA,那个过程叫转录。转录完成的RNA序列,会在trRNA的帮忙下拆成小段,且每段都代表着一种噬菌体的特征,随后被cas9卵白连系,构成cas9/crRNA聚合物,那玩儿会满世界找DNA,发现一个就抱住一个,死活不撒手,然后用本身的那段带有噬菌体特征的RNA,痴汉一般的看光光阿谁被它”强抱“的蜜,一旦特征契合,就一口给人家咬断!我靠,好反常。你懂得,有些工具一旦断了,就不如以前好使了。那段残缺的噬菌体DNA,从此彻底废了。

我晓得你们累了,我也是,不外马上就要完毕了。

根本上目前为行,噬菌体传染那个事儿,咱算是处理了。

不外呢,细心的你可能已经发现了,扯了那么长时间的淡,固然干货满满,但我们仍是没有答复题主的问题,细菌会不会产生杀死噬菌体的抗体。。。

对不起,我晓得我有点儿太嚣张了。。。

谜底是:不克不及。

但是!

他们能产生搞死本身的抗体!

确切不移!

那个事儿吧,得先从抗体到底是个啥说起。理论上,杀死病毒的并非抗体,而是免疫细胞,好比巨噬细胞。手段大要分两种,被吃掉或者他杀,抗体,次要负责标识表记标帜被传染的细胞,然后给巨噬细胞发信号,便利他们消化掉那个病人。别的,还有一些化学物量,好比补体,与被传染细胞连系之后,能够引发一系列生化反响,引起细胞凋亡,细胞会本身消化掉本身,连同其体内的病毒,一块去见阎王爷。有时候,那些补体还会给四周的安康细胞发信号,警告他们老子抱病了,就跟得了新冠也要蹦野迪的傻老外一样,生怕人家不晓得你有病。然后,四周的安康细胞就会开启防御机造,在被传染之前,提早进入备战形态。

细菌也有如许的机造,他们会排泄类似补体c3d的物量,激活四周安康细胞的防御机造。有时候,以至会又引诱其他安康细菌把本身吃掉。建议各人把铁面无私四个字留在评论区。

末于,我写完了。

下面是参考文献。希望你喜好,我先眯会儿。拜了个拜~

对了,我还有个知乎专栏-杠精指南,里边儿老带劲了,比那儿带劲,你确定不喽一眼吗?:-D

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3357385/

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