世界太吵,來原聲聽播客

This Week in Virology

CRISPR的祖先不切割DNA,而是靠蠻力纏住雙鏈讓基因沉默

Doudna實驗室不是測出新序列,而是用AlphaFold做結構比對,在噬菌體裡翻出了比CRISPR更古老、只用一個蛋白靠錯位配對讓基因沉默的系統VIPER。

CRISPR基因編輯AlphaFold阿爾茨海默病皰疹病毒病毒學

原視頻在 YouTube 上放不出來,用音頻聽:

兩篇Science論文信息密度很高:從CRISPR起源講到下一代基因編輯候選技術;後半段皰疹病毒與阿爾茨海默病機制的發現同樣重要,別只聽一半。

核心論點 · 點時間戳可跳到原聲

3:04

NIH擬隱藏評分,用意在暗箱操作經費

NIH提議不再公布數值評分,申請只會被歸入「最具競爭力/有競爭力/不討論」三檔,且分數不會告知申請人、所在機構、項目官員乃至NIH顧問委員會。主持人認為這讓項目官員可以在及格線以上任意挑選資助對象而無需解釋理由,把決定權私下化;與此同時OMB正在起草行政令,要讓總統對經費決定擁有最終決定權。他們判斷這是讓政府按意識形態而非科學質量挑選資助對象的手段。

— Vincent
9:16

他們沒測序,靠比對AlphaFold找到了它

Doudna實驗室想找CRISPR-Cas的祖先,但催化RNA引導效應的RAMP蛋白家族之間序列相似度太低,常規同源搜索找不到線索。於是他們改用RAMP蛋白保守的結構特徵——RNA識別基序、loop、拇指結構域——去比對AlphaFold數據庫裡預測出的結構(而不是真實晶體結構),結果搜出一個此前未被報道、含2664個同源蛋白的新家族,命名為VIPER。

— Vincent
20:51

BLAST找不出的規律,AI語言模型認出來了

團隊測序噬菌體SUSP1感染細胞後產生的小RNA,發現一種約400個核苷酸的VIPER RNA,序列裡有9到16次串聯重複的GGY-NN結構(Y是嘧啶,N是任意鹼基)。因為NN位置太多變,用BLAST或其他常規比對工具都找不出規律,團隊改用EVO2——一個被訓練來預測「下一個鹼基是什麼」的核酸語言模型——做無比對分析,才認出這是一種此前從未被描述過的重複密碼。

— Vincent
28:25

自己不打自己,靠一個天然的錯位設計

VIPER靶向DNA靠不連續配對:每兩個鹼基(NN)中間隔著不參與配對的GGY三聯體。因為編碼VIPER自身的那段DNA里正好也有GGY,這套系統天然無法靶向自己的編碼位點——不需要額外機制就完成了自我/非我識別。實驗顯示同一VIPER系統裡多數vRNA瞄準可能寄生在同一宿主上的衛星噬菌體(進攻),也有瞄準其他VIPER系統的(防禦性互指),因此被稱為噬菌體間戰爭裡的「矛與盾」。

— Alan
36:04

CRISPR曾被當酸奶廠的怪現象晾了多年

主持人提醒,CRISPR最早是在一家做酸奶的工業實驗室裡被發現的,當時只被當成「細菌裡的怪重複序列」,多年後才被認出能改造成基因編輯工具並拿了諾貝爾獎。VIPER可能走同樣的路:它比現有CRISPR-Cas系統簡單得多,只需一個不到200個氨基酸的蛋白和一條不到100個核苷酸的guide RNA就能重新編程去靶向任意基因,理論上可用於基因編輯、DNA位點成像和表觀修飾,專利申請大概率已經在路上。

— Alan
44:37

不靠鹼基配對拆雙鏈,靠蛋白質硬掰

冷凍電鏡顯示VIPER蛋白沿VR RNA形成右手螺旋長絲,每個蛋白結合一個GGY重複並把它從鹼基配對中擠出去,只留NN去找靶DNA配對,形成三條鏈的「三聯體R-loop」。因為VR RNA、靶鏈、非靶鏈三條鏈要維持同樣的螺旋螺距(約66埃),但每圈核苷酸數不同(vrRNA 25個、DNA 15個),這種幾何錯位造成結構性張力,把雙鏈硬生生撐開——不像CRISPR靠完美鹼基配對的熱力學驅動來解旋,VIPER靠的是蛋白質產生的機械力,非靶鏈只是被蛋白直接卡住,不靠配對。

— Vincent
58:13

澱粉樣蛋白和tau可能不是病,是免疫反應

團隊提出「阿爾茨海默病抗微生物防護假說」:澱粉樣蛋白本身就是一種抗菌肽,能捕獲並中和細菌、真菌、病毒;之所以存在,是因為大腦是免疫特免區,血腦屏障擋住大部分病原體,一旦病原體真的闖入,常規免疫系統很難觸及,需要靠澱粉樣蛋白這類「就地成塊」的最後手段。老年痴呆可能是這套救命機制在人類進化史上從未被篩選去應對「活得足夠久、反覆觸發」這一場景後留下的副作用;帶狀皰疹疫苗降低痴呆風險,可能正是因為它減少了單純皰疹病毒的反覆激活。

— Vincent
1:19:05

抗病毒藥治不好已經發病的痴呆

哥倫比亞大學做過一項試驗,給早期阿爾茨海默病患者服用抗皰疹藥阿昔洛韋(每天7克,因為它很難進入中樞神經系統),主持人在一次會議上被告知,這項試驗並沒有改變痴呆的進展速度。他們認為,這提示一旦患者已經出現症狀,只清除皰疹病毒可能為時已晚——澱粉樣蛋白和tau的沉積過程可能已經不可逆,抗病毒治療的窗口期應該更早。

— Vincent

原話 · 已逐字校驗

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

不再有數值評分,只會被分入三個類別之一:最具競爭力、有競爭力,或不予討論。

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.

這些蛋白和RNA其實一直都在數據庫裡,已經放了很多年,只是沒人知道該怎麼找到它們。這就是關鍵,這就是重點:你得知道該問對的問題。

Vincent20:51

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

因此在噬菌體間的衝突中,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

雙鏈是被這種蛋白驅動的機械力硬生生剝開的,而不是像CRISPR那樣靠熱力學上更有利的鹼基配對來解開。

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

澱粉樣蛋白不是一種異常產物,而是大腦先天免疫系統裡一種真正發揮作用的抗菌肽。

Vincent58:13

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

這幾乎就像是在爭搶,要把(病毒衣殼)從微管上擠下去。

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

而且我不認為那對痴呆的進展有任何影響。

Vincent1:19:05

數字與實體

VIPER蛋白與guide RNA大小蛋白小於200個氨基酸,單條guide RNA小於100個核苷酸37:11
靶向crO基因後的噬菌斑效率下降5個數量級30:51
VR RNA串聯重複次數9到16次GGY-NN重複20:51
三鏈複合物螺旋參數螺距約66埃,vrRNA每圈25個核苷酸,靶DNA每圈15個核苷酸45:39
阿昔洛韋臨床試驗劑量每天7克1:19:05
TWIV首播日期2008年9月24日3:04

術語

VIPER病毒干擾可編程重複系統
噬菌體裡發現的CRISPR祖先系統,靠蛋白結合RNA使DNA沉默而非切割
RAMP重複關聯神秘蛋白
CRISPR/VIPER效應複合物裡高度保守但長期不知功能的蛋白家族
EVO2EVO2核酸語言模型
訓練來預測DNA/RNA序列下一個鹼基的AI模型,能認出常規比對工具找不到的模式
triplex R-loop三聯體R-loop
VIPER形成的三鏈結構:guide RNA、被配對的靶DNA鏈和被排擠在外的非靶DNA鏈
P-tau磷酸化tau蛋白
本文證明這種被磷酸化的tau能結合皰疹病毒衣殼、發揮抗菌肽功能
CRISPR interferenceCRISPR干擾
用失去切割活性的Cas9佔據DNA阻斷轉錄,而不切斷DNA的基因調控方法

收聽指南

誰該聽

關注基因編輯/合成生物學投資機會的人,以及想了解AlphaFold真實科研用途(而非炒作)的工程師。

可跳過

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