世界太吵,来原声听播客

This Week in Virology

CRISPR的祖先不切割DNA,而是靠蛮力缠住双链让基因沉默

Doudna实验室不是测出新序列,而是用AlphaFold做结构比对,在噬菌体里翻出了比CRISPR更古老、只用一个蛋白靠错位配对让基因沉默的系统VIPER。

CRISPR基因编辑AlphaFold阿尔茨海默病疱疹病毒病毒学

原视频在 YouTube 上放不出来,用音频听:

两篇Science论文信息密度很高:从CRISPR起源讲到下一代基因编辑候选技术;后半段疱疹病毒与阿尔茨海默病机制的发现同样重要,别只听一半。

核心论点 · 点时间戳可跳到原声

3:04

NIH拟隐藏评分,用意在暗箱操作经费

NIH提议不再公布数值评分,申请只会被归入「最具竞争力/有竞争力/不讨论」三档,且分数不会告知申请人、所在机构、项目官员乃至NIH顾问委员会。主持人认为这让项目官员可以在及格线以上任意挑选资助对象而无需解释理由,把决定权私下化;与此同时OMB正在起草行政令,要让总统对经费决定拥有最终决定权。他们判断这是让政府按意识形态而非科学质量挑选资助对象的手段。

— Vincent
9:16

他们没测序,靠比对AlphaFold找到了它

Doudna实验室想找CRISPR-Cas的祖先,但催化RNA引导效应的RAMP蛋白家族之间序列相似度太低,常规同源搜索找不到线索。于是他们改用RAMP蛋白保守的结构特征——RNA识别基序、loop、拇指结构域——去比对AlphaFold数据库里预测出的结构(而不是真实晶体结构),结果搜出一个此前未被报道、含2664个同源蛋白的新家族,命名为VIPER。

— Vincent
20:51

BLAST找不出的规律,AI语言模型认出来了

团队测序噬菌体SUSP1感染细胞后产生的小RNA,发现一种约400个核苷酸的VIPER RNA,序列里有9到16次串联重复的GGY-NN结构(Y是嘧啶,N是任意碱基)。因为NN位置太多变,用BLAST或其他常规比对工具都找不出规律,团队改用EVO2——一个被训练来预测「下一个碱基是什么」的核酸语言模型——做无比对分析,才认出这是一种此前从未被描述过的重复密码。

— Vincent
28:25

自己不打自己,靠一个天然的错位设计

VIPER靶向DNA靠不连续配对:每两个碱基(NN)中间隔着不参与配对的GGY三联体。因为编码VIPER自身的那段DNA里正好也有GGY,这套系统天然无法靶向自己的编码位点——不需要额外机制就完成了自我/非我识别。实验显示同一VIPER系统里多数vRNA瞄准可能寄生在同一宿主上的卫星噬菌体(进攻),也有瞄准其他VIPER系统的(防御性互指),因此被称为噬菌体间战争里的「矛与盾」。

— Alan
36:04

CRISPR曾被当酸奶厂的怪现象晾了多年

主持人提醒,CRISPR最早是在一家做酸奶的工业实验室里被发现的,当时只被当成「细菌里的怪重复序列」,多年后才被认出能改造成基因编辑工具并拿了诺贝尔奖。VIPER可能走同样的路:它比现有CRISPR-Cas系统简单得多,只需一个不到200个氨基酸的蛋白和一条不到100个核苷酸的guide RNA就能重新编程去靶向任意基因,理论上可用于基因编辑、DNA位点成像和表观修饰,专利申请大概率已经在路上。

— Alan
44:37

不靠碱基配对拆双链,靠蛋白质硬掰

冷冻电镜显示VIPER蛋白沿VR RNA形成右手螺旋长丝,每个蛋白结合一个GGY重复并把它从碱基配对中挤出去,只留NN去找靶DNA配对,形成三条链的「三联体R-loop」。因为VR RNA、靶链、非靶链三条链要维持同样的螺旋螺距(约66埃),但每圈核苷酸数不同(vrRNA 25个、DNA 15个),这种几何错位造成结构性张力,把双链硬生生撑开——不像CRISPR靠完美碱基配对的热力学驱动来解旋,VIPER靠的是蛋白质产生的机械力,非靶链只是被蛋白直接卡住,不靠配对。

— Vincent
58:13

淀粉样蛋白和tau可能不是病,是免疫反应

团队提出「阿尔茨海默病抗微生物防护假说」:淀粉样蛋白本身就是一种抗菌肽,能捕获并中和细菌、真菌、病毒;之所以存在,是因为大脑是免疫特免区,血脑屏障挡住大部分病原体,一旦病原体真的闯入,常规免疫系统很难触及,需要靠淀粉样蛋白这类「就地成块」的最后手段。老年痴呆可能是这套救命机制在人类进化史上从未被筛选去应对「活得足够久、反复触发」这一场景后留下的副作用;带状疱疹疫苗降低痴呆风险,可能正是因为它减少了单纯疱疹病毒的反复激活。

— Vincent
1:19:05

抗病毒药治不好已经发病的痴呆

哥伦比亚大学做过一项试验,给早期阿尔茨海默病患者服用抗疱疹药阿昔洛韦(每天7克,因为它很难进入中枢神经系统),主持人在一次会议上被告知,这项试验并没有改变痴呆的进展速度。他们认为,这提示一旦患者已经出现症状,只清除疱疹病毒可能为时已晚——淀粉样蛋白和tau的沉积过程可能已经不可逆,抗病毒治疗的窗口期应该更早。

— Vincent

原话 · 已逐字校验

no more numerical scores. They're just going to be classified into one of three categories. Most competitive, competitive or not discussed.

不再有数值评分,只会被分入三个类别之一:最具竞争力、有竞争力,或不予讨论。

Vincent3:04

These things, these proteins and RNAs were in the database. They've been sitting there for years. Nobody knew how to find them. That's the key. That's the point. You have to know the right question to ask here.

这些蛋白和RNA其实一直都在数据库里,已经放了很多年,只是没人知道该怎么找到它们。这就是关键,这就是重点:你得知道该问对的问题。

Vincent20:51

Thus operates as both a sword and shield in the interphage conflict.

因此在噬菌体间的冲突中,它既是矛也是盾。

Vincent28:25

the duplex is peeled apart by this protein-driven mechanical force rather than by the base pairing in CRISPR, which would be thermodynamically favored

双链是被这种蛋白驱动的机械力硬生生剥开的,而不是像CRISPR那样靠热力学上更有利的碱基配对来解开。

Vincent46:42

amyloid beta is not an aberrant product but is rather a relevant antimicrobial peptide as part of the innate immune system in the brain

淀粉样蛋白不是一种异常产物,而是大脑先天免疫系统里一种真正发挥作用的抗菌肽。

Vincent58:13

It's almost like it's competing to get off the microtubule.

这几乎就像是在争抢,要把(病毒衣壳)从微管上挤下去。

And I don't think that had an effect on progression of dementia.

而且我不认为那对痴呆的进展有任何影响。

Vincent1:19:05

数字与实体

VIPER蛋白与guide RNA大小蛋白小于200个氨基酸,单条guide RNA小于100个核苷酸37:11
靶向crO基因后的噬菌斑效率下降5个数量级30:51
VR RNA串联重复次数9到16次GGY-NN重复20:51
三链复合物螺旋参数螺距约66埃,vrRNA每圈25个核苷酸,靶DNA每圈15个核苷酸45:39
阿昔洛韦临床试验剂量每天7克1:19:05
TWIV首播日期2008年9月24日3:04

术语

VIPER病毒干扰可编程重复系统
噬菌体里发现的CRISPR祖先系统,靠蛋白结合RNA使DNA沉默而非切割
RAMP重复关联神秘蛋白
CRISPR/VIPER效应复合物里高度保守但长期不知功能的蛋白家族
EVO2EVO2核酸语言模型
训练来预测DNA/RNA序列下一个碱基的AI模型,能认出常规比对工具找不到的模式
triplex R-loop三联体R-loop
VIPER形成的三链结构:guide RNA、被配对的靶DNA链和被排挤在外的非靶DNA链
P-tau磷酸化tau蛋白
本文证明这种被磷酸化的tau能结合疱疹病毒衣壳、发挥抗菌肽功能
CRISPR interferenceCRISPR干扰
用失去切割活性的Cas9占据DNA阻断转录,而不切断DNA的基因调控方法

收听指南

谁该听

关注基因编辑/合成生物学投资机会的人,以及想了解AlphaFold真实科研用途(而非炒作)的工程师。

可跳过

最后约20分钟的听众来信和每周推荐可跳过,不影响两篇论文内容。