一、研究背景为了在各种可动遗传因子（Mobile Genetic Elements, MGE）的入侵中存活并保持自身遗传完整性，细胞进化出了各种免疫防御机制。
其中，适应性免疫曾一度被认为是动物独有的特征，但CRISPR-Cas（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR associated proteins）系统的发现揭示了细菌和古细菌中也同样存在适应性免疫(Hille et al., 2018)，该系统以序列特异性的方式降解外来核酸。
CRISPR-Cas系统的作用可分为三个阶段。
第一阶段称为适应，主要是将外源DNA片段（protospacer）插入CRISPR重复序列，在CRISPR序列中，外源DNA片段与宿主特异性重复序列交替出现。
该步骤由CRISPR-Cas系统的两个最保守的核心蛋白Cas1和Cas2介导：Cas1与Cas2组成（Cas1）2（Cas2）2（Cas1）2异六聚体，其中两个具有催化作用的Cas1单体能够进行金属依赖性的酯交换反应，将原间隔子整合到目标重复序列中(Nuez et al., 2014, 2015; Sternberg et al., 2016; Xiao et al., 2017)。
在表达和加工的第二阶段，CRISPR基因座被转录出来，产生较长的pre-crRNA（CRISPR RNA），随后被Cas蛋白加工成较短的crRNA。
最后阶段称为干扰，包含了crRNA的核糖核蛋白干扰复合物可以识别并切割与其crRNA互补的靶序列，从而降解外源DNA或RNA(Hille et al., 2018; Makarova et al., 2011, 2013, 2015)。
长久以来，通过对来自不同古细菌和细菌的Cas蛋白进行系统生物学分析，大量关于CRISPR-Cas进化的信息被报道(Makarova et al., 2013)。
但是，这种复杂的防御系统究竟从何而来仍然是一个谜。
