細菌或許沒有大腦，但它們確實有記憶，至少在涉及攻擊它們的病毒時是如此。許多細菌都擁有一種分子免疫系統(tǒng)，使得這些微生物能夠捕獲和保留過去遭遇到的一些病毒DNA片段，以便當其再度出現(xiàn)時可以識別和破壞它。
來自洛克菲勒大學的一項研究在2月18日的《自然》（Nature）雜志上，提供了這一系統(tǒng)發(fā)揮作用在微生物基因組中編碼病毒DNA，將其日后用作為病毒切割酶的指南，這一神秘過程的一些新見解。
細菌學實驗室負責人、助理教授Luciano Marraffini說：“像脊椎動物一樣，微生物擁有能夠適應新威脅的免疫系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用的一種酶Cas9，利用了免疫記憶來引導切割病毒遺傳密碼。然而，人們對于zui初獲得這些記憶的機制卻知之甚少。我們的研究表明，Cas9還操控了某些細菌中這些記憶的形成。"
這些記憶嵌入在能夠將有益和有害病毒識別開來，稱作為CRISPR（規(guī)律成簇的間隔短回文重復）系統(tǒng)的細菌適應性免疫系統(tǒng)中。它通過改變細菌基因組，將一些稱作為間隔序列（spacers）的短病毒序列添加到重復DNA序列之間來發(fā)揮作用。這些間隔序列形成了有關過去入侵物的一些記憶。它們充當CRISPR相關基因編碼酶(Cas)的向導，使得Cas能夠找到并破壞試圖再次感染細菌的相同病毒。
Cas9能夠在病毒或其他的基因組中實現(xiàn)切割這一能力引起了研究人員的注意。現(xiàn)在研究人員利用它來改變細胞的遺傳學以達到某些實驗或治療目的，但對于這一CRISPR系統(tǒng)在天然細菌中發(fā)揮作用的機制仍不是很清楚（延伸閱讀：Cell：用CRISPR構建衰老研究模型 ）。
一些證據(jù)表明，某些Cas酶（未包括Cas9）自身可以操控記憶形成過程?；贑as9識別切割位點的方式，包括共同*作者、研究生Robert Heler以及實驗室博士后Poulami Samai在內的研究人員猜測Cas9在記憶形成中也發(fā)揮了作用。
除了匹配CRISPR引導序列和病毒DNA，Cas9需要在附近尋找第二信號：病毒DNA中的前間區(qū)序列鄰近基序( protospacer adjacent motif，PAM)序列。這是一個至關重要的步驟，因為PAM序列的存在阻止了Cas9攻擊細菌自身包含記憶的DNA。
Heler 說：“由于Cas9必須識別出PAM序列才會切割病毒DNA，在這一系統(tǒng)形成遭遇病毒的記憶時Cas9也就識別PAM序列對于我們來說很有意義。這是Cas9的一個意料之外的全新作用。"
為了檢驗他們的假說，Heler交換了化膿鏈球菌和嗜熱鏈球菌免疫系統(tǒng)的Cas9酶，它們各自識別不同的PAM序列。結果，PAM序列跟隨著在兩種細菌之間發(fā)生了交換——表明在記憶形成中Cas9負責了PAM的識別。在另一個試驗中，他改變了Cas9結合PAM序列的部分，發(fā)現(xiàn)這些微生物開始隨機獲得靶病毒序列,這使得它們變得不可用。
與此同時，Samai調查了Cas9與其他3種Cas酶：Cas1、Cas2和Csn2之間的關系。作為相同CRISPR系統(tǒng)的組件，研究人員懷疑這些酶在沒有Cas9幫助的情況下在記憶形成中發(fā)揮了作用。
Samai讓這些酶共同表達，隨后標記每一個酶，并嘗試提純它。但每一次其他三種酶也一同出現(xiàn)?！斑@表明4種酶之間存在某種互作；zui有可能的是它們在記憶獲取過程中形成了復合物，"她說。
“由于Cas9具有靶向和切割病毒基因組的功能，它對生物技術非常重要，已吸引了人們*的興趣。我們的研究工作揭示出了Cas9一個遭到忽視的作用：形成了使得細菌適應性免疫成為可能的記憶，"Marraffini說。
