2024年1月12日下午，丹麦哥本哈根大学生物系助理教授Rafael Pinilla Redondo应微生物技术国家重点实验室佘群新教授的邀请，做客“山海知微”系列论坛，并作了题为“Phages suppress CRISPR-Cas immunity via RNA-based anti-CRISPRs”的学术报告。本次讲座由佘群新教授主持。重点实验室约50位师生参加了此次学术报告。

面对噬菌体为代表的“入侵者”，原核生物使用多样的抗病毒免疫系统来实现自我保护。其中，最为人熟知的是在基因编辑领域大放异彩的CRISPR-Cas系统。CRISPR-Cas是RNA引导的适应性免疫系统，根据其基因组成和干扰机制的差异可分为两大类、六种类型以及众多亚型。在与宿主CRISPR-Cas的进化竞赛中，噬菌体和其他可移动遗传元件（MGEs）演化出了多种多样的策略来阻止或逃逸宿主的免疫反应。本次报告Rafael介绍了一种新的噬菌体逃逸机制：病毒编码的孤立CRISPR重复序列单元(SRU)，通过与Cas蛋白结合，干扰正常的CRISPR-Cas效应复合体的形成来发挥拮抗CRISPR（Racrs）的功能。

为了研究噬菌体编码的SRU的拮抗CRISPR功能，Rafael团队首先选择了一个与I-F型CRISPR重复序列和二级结构相似的候选SRU（RacrIF1）进行研究。实验发现这种小的非编码RNA具有很强的anti-CRISPR活性，可以抑制I-F型CRISPR-Cas的免疫反应。随后，他们发现RacrIF1能以类似crRNA的方式特异性地与Cas6f结合并在体内被Cas6f加工，并且加工位点上游的RacrIF1产物是CRISPR-Cas抑制的主要原因。进一步的研究发现RacrIF1一方面可挟持Cas蛋白，形成缺少Cas5f和Cas8f的异常亚复合物；另一方面还能抑制适应阶段新间隔序列的获取，最终诱导宿主进入免疫抑制状态。通过对MGE序列数据集进行搜索，发现编码SRU的MGEs包括多种不同类型的病毒，且大部分与相应宿主CRISPR-Cas系统的预测亚型相匹配。此外，这些SRU和acr基因在病毒基因组中的频繁共定位，表明它们可能是潜在的Racrs。随后，Rafael团队通过实验证实它们普遍参与了CRISPR-Cas的抑制。综上，Rafael讲述了MGEs用于抑制CRISPR-Cas免疫的一种广泛机制，即使用SRUs作为anti-CRISPR的小非编码RNA（Racrs）,将Cas蛋白与内源性crRNA隔开，从而保护噬菌体免受CRISPR-Cas免疫。

Rafael报告结束后，师生们就RacrIF1与CRISPR-Cas形成的失活复合物的结构模型、RacrIF1与crRNA的竞争能力、RacrIF1如何影响CRISPR-Cas系统对间隔序列的获取等问题进行了深入的讨论。Racrs与已知CRISPR重复序列的相似性简化了对它们的识别，在实现合理设计策略方面具有巨大潜力。可以预计若进一步研究Racrs的特性，不仅能更好地了解噬菌体与细菌之间的相互作用，还能为未来分子生物学工具的开发创造良好的机会。

Rafael Pinilla-Redondo是哥本哈根大学微生物学系的助理教授。他的研究探索了细菌和它们的病毒(噬菌体)之间的共同进化军备竞赛，重点关注CRISPR-Cas系统和其他原核免疫系统的进化、多样化和功能。通过研究驱动这些复杂系统的分子机制，他的团队旨在做出发现，以回答基本的生物学问题，并为新型生物技术提供基础。尽管处于职业生涯早期，Rafael已经获得了许多奖项，包括2022年国际质粒生物学奖，并在Nature、Nature Methods、Nature Microbiology、Nature Communications等期刊上发表文章，为该领域做出了重大贡献。