新研究揭示噬菌体克服细菌免疫防御新机制

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我们习惯于认为免疫系统是一个独立的实体，几乎是一个独立的器官，但事实要复杂得多。近年来的突破表明单个细菌细胞拥有自己的自主、先天免疫系统，能够识别、定位和处理入侵者。

在一项新的研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所、美国丹娜法伯癌症研究院和哈佛医学院的研究人员揭示了病毒克服细菌细胞免疫系统的方式以及这一过程中固有的一种神秘信号分子的化学成分。相关研究结果近期发表在 Nature 期刊上，论文标题为“ Viruses inhibit TIR gcADPR signalling to overcome bacterial defence ”。论文通讯作者为魏茨曼科学研究所分子遗传学系的Rotem Sorek博士和丹娜法伯癌症研究院的Philip J. Kranzusch博士。

导致细菌细胞提高它们的免疫防御的病毒被称为噬菌体。噬菌体的工作方式是将它们的DNA注入细菌，操纵细菌细胞将它们复制数十次。接着，新产生的噬菌体杀死了细菌，让它们爆裂，去猎杀附近的其他细菌细胞。然而，细菌并非毫无防备，它们采用了自主免疫系统来对抗这种威胁。

Sorek实验室以前的研究已表明，一种叫做TIR的免疫蛋白片段负责识别噬菌体入侵，一旦检测到噬菌体，TIR就会产生一种神秘的信号分子来触发免疫反应。TIR最初是在植物和动物的免疫系统中发现的，但是Sorek及其研究团队能够证实细菌中也存在类似的机制。然而，这个神秘的信号分子仍然没有被发现。

在这项新的研究中，Sorek团队发现了噬菌体如何能够克服TIR免疫。当研究一组非常相似的噬菌体时，他们吃惊地发现，虽然TIR免疫确实免受其中的一些噬菌体感染，但是其他噬菌体却被证明是胜利者，并成功杀死了细菌。在研究这些胜利的噬菌体时，他们发现它们包含一个特殊的基因，它所编码的蛋白中和TIR免疫，从而使这些噬菌体占据了上风。

当这些作者探究这种如今称为Tad1的蛋白时，他们发现该蛋白在TIR产生这种信号分子后立即捕获了该信号分子。Sorek说，“就好像该蛋白迅速吞下了这种信号分子，不让免疫系统看到它哪怕一丝一毫。这种免疫规避机制从未在任何已知的病毒中出现过。”

噬菌体SBSphiJ7的原始Tad1和10个Tad1同源物的多序列比对，这些同源物被实验验证为抗Thoeris蛋白。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05375-9。

这些作者随后意识到，如果这种信号分子被锁在这种噬菌体蛋白内，他们也许能够通过查看这种蛋白的结构来“看到”它。他们能够通过晶体学确定这种信号分子的空间结构和化学成分。

Sorek喃喃自语，“我们寻找这种神秘的信号分子已经好几年了。具有讽刺意味的是，如果没有噬菌体的协助，我们不可能找到它。我们发现了一种新的方式，通过这种方式病毒可以使依赖信号分子的免疫系统失去活性。这种免疫系统并不是细菌独有的---它们存在于植物和人类的细胞中。”

了解噬菌体如何能够适应和进化可能有助于我们更好地对抗细菌免疫系统。Sorek说，“如果感染我们身体的病毒使用与我们在噬菌体中发现的Tad1完全相同的机制，我们将不会感到吃惊。”如果是这样的话，那么它可能会对我们保护自己不受那些诡计多端的病毒侵害的能力产生直接影响。

参考资料：

Azita Leavitt et al. Viruses inhibit TIR gcADPR signaling to overcome bacterial defense, Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05375-9.

来源：生物谷

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