癌症|什么是免疫系统？( 二 ) 疾病|基因|生物体|组织|病原体

栖息在宿主细胞中的病毒，会利用宿主自身的机制将宿主的某些真实基因组整合至自身的基因组中。例如，感染了世界上大部分人口的巨细胞病毒（CMV）就已经把几个免疫基因整合至自己的基因组中，并进行修改而为己所用。显然，这种适应的主要动机是为了逃避宿主免疫系统——尤其是病毒会使用这种方法从而在单个宿主或种群中长期存在。这样做的结果是，宿主与病原体之间共同进化的过程延长了——在单个宿主中，病原体可以快速完成适应，甚至有可能在几天之内适应个体的免疫反应，例如HIV 。
根据我们如何理解免疫系统，也可以推导出一个重要的结论——如果说病毒已经适应了通过诸如阻断化学信号或阻断整个细胞通路的方式来躲避宿主的免疫反应，或者有效对抗宿主免疫反应的某个方面，那么这就在很大程度上说明了在正常的宿主防御策略中存在特定的分子或通路，同时也说明了其所具有的局限性。就像安全服务可以利用黑客来测试网络的防御性能一样，研究病毒可以让我们了解大量关于正常免疫系统的功能以及如何操纵免疫系统的知识。罗尔夫·辛克纳吉和彼得·多赫蒂的合作研究方向就是如何通过淋巴细胞识别病毒，并因此获得了1996年的诺贝尔奖，而辛克纳吉则将病毒描述为免疫学“最好的老师” 。
不同生物体中的免疫系统
所有生物体都具有某种形式的免疫力，其免疫力的形式取决于它们所生活的自然环境和所面临的威胁。人类与其他哺乳动物之间具有许多相似的免疫学特征，这就是免疫学家可以把小鼠免疫系统用作合理模型的原因之一。不过，复杂的宿主防御系统所存在的时间要久远得多，可能已经存在约三千万年。
让人感到意外的是，细菌（通常被视为入侵者而非宿主）本身具有一种十分复杂的免疫形式来抵御感染，这一点十分有趣。细菌会受到被称为噬菌体的特殊病毒的侵袭，噬菌体可以在细菌的DNA上“搭便车” 。细菌则学会了通过CRISPR（规律成簇的间隔短回文重复序列）系统来保护自己。
CRISPR系统的工作机制是基于Cas分子家族（如Cas9）的活性，这类分子可以使DNA断裂或产生“切口” ，从而阻断该DNA的序列并有效清除基因。这些切口分子需要被引导从而实现上述效果，否则它们会破坏重要的宿主基因。不过，这些分子可以通过由CRISPR DNA序列生成的一组特定的核酸向导来实现上述机制，而这一核酸向导可以靶向针对入侵位点。这就使细菌能够有效地监管自身的DNA序列并对入侵基因做出反应。
细菌会故意在CRISPR区域捕获外源DNA序列，来靶向针对特定的噬菌体，从而适应其免疫系统（见图1），这就是CRISPR系统变得复杂的原因。尽管免疫反应中的识别策略各不相同，涉及的细胞多种多样，但生物体中的感染识别、宿主修饰、特异性反应及长期记忆等一系列步骤已经反映在人体的免疫系统中。

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图1 细菌可以通过CRISPR/Cas系统对病毒产生特异性反应，该系统会复制出一个经过修饰的病毒序列（如虚线所示），细胞可以利用该序列来破坏入侵的噬菌体
虽然CRISPR/Cas系统作为细菌的宿主防御机制这一说法听起来十分有趣，但是我们也可以为己所用，将该系统应用于分子生物学。通过将CRISPR系统引入哺乳动物细胞，并利用针对目的基因设计的CRISPR向导对该系统进行指导，就可以非常有效地破坏或修复基因组。 CRISPR/Cas系统刚被发现不久，但是它已经对基因组编辑领域产生了巨大的影响，具有巨大的科研前景及治疗潜力：最终，我们也许可以编辑人类的基因组。不过有趣的是，病毒可能已经先行一步——拟菌病毒是一种含有复杂基因组的巨型病毒，人们发现在拟菌病毒中已经出现类似CRISPR系统的迹象，用以保护其免受噬病毒体的侵害。