​微生物所李明团队合作揭示CRISPR-Cas调控细菌先天免疫的协同新机制

2026年7月22日，中国科学院微生物研究所李明团队和密歇根大学张燕团队合作，在Nature上发表题为“CRISPR-Cas regulates expression of embedded anti-phage defence systems”的研究论文。该研究首次系统揭示了原核生物中适应性免疫与先天免疫之间的协同调控机制，为理解生命免疫系统的演化与互作提供了全新视角。

免疫是贯穿三域生命的共同特征，主要分为适应性（获得性）免疫和先天免疫两种形式。在高等生物中，这两类免疫存在复杂的协调互作关系，但在原核生物中，相关机制却鲜有报道。CRISPR-Cas系统是原核生物（细菌和古菌）中唯一的适应性免疫机制，而本研究首次发现CRISPR-Cas基因簇能够通过一种全新的调控性小RNA（crlRNA）对邻近的多种先天免疫系统进行转录水平的精细调控，从而实现了适应性免疫和先天免疫的紧密协同。

在CRISPR免疫系统正常工作时，先天免疫维持在基础表达水平，两者协同防御各种噬菌体侵染，同时避免先天免疫过度激活带来的细菌生长负担，以及防止对有益质粒的排斥效应；当CRISPR免疫系统被噬菌体携带的anti-CRISPR破坏时，先天免疫系统会爆发式表达，使菌体进入“战时”紧急状态，以牺牲宿主生长适应性为代价产生高水平的先天免疫。

该研究不仅在原核生命层面首次提出了两种免疫相互协同和守卫的理论框架，而且基于该原创理论建立了新型免疫系统的全新发掘路径，并系统性鉴定出一系列新型免疫元件，包括原核Caspase蛋白酶、新型核酸酶等。这些新元件的发现，不仅为深入理解和干预高等生命的先天免疫提供了新知识和新工具，也有望为底层分子技术的创新提供关键元件资源。

中国科学院微生物研究所特别研究助理舒宪、王锐，密歇根大学中级研究员周旭飞，以及微生物所特别研究助理程飞跃为该论文的共同第一作者，微生物所李明研究员和密歇根大学安娜堡分校张燕教授为该文章的共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会和中国博士后科学基金等项目的经费支持。

CRISPR-Cas和CRISIS系统的协同防御模型

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10833-9