中国学者一作兼通讯Cell论文：破解细菌新型免疫防御武器，专克超级病毒

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在微观世界的生存博弈中，噬菌体（专门感染细菌的病毒）与宿主（细菌）的对抗堪称进化史上的经典战争。近年来发现的ϕKZ类巨型噬菌体（基因组超过20万碱基对），更是将这场病毒-细菌“军备竞赛”推向新的维度：

核级防御：这类噬菌体感染后会构建类似细胞核的蛋白质结构，将自身基因组严密保护；

早期安全屋：在感染初期形成脂质囊泡，保护病毒基因进行早期转录；

多重免疫逃逸：对传统的 CRISPR 系统等防御机制几乎完全免疫。

面对这种“铜墙铁壁”般的防御体系，宿主细菌究竟是如何对抗这种超级入侵者的？让科学家们困惑多年。

2025 年 3 月 19 日，加州大学旧金山分校Joseph Bondy-Denomy 副教授、北京化工大学冯越教授团队合作，在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Jumbo phage killer immune system targets early infection of nucleus-forming phages 的研究论文。论文第一作者兼共同通讯作者李玉萍博士现为瑞士巴塞尔大学终身教轨助理教授。

该研究发现了细菌中首个针对巨型噬菌体（jumbo phage）的防御系统——jumbo phage killer（简称为Juk），并揭示了其工作机制，为细菌抗巨型噬菌体系统研究提供了新方向。

李玉萍博士

李玉萍博士，2011年本科毕业于华中科技大学，2019年博士毕业于斯坦福大学，此后在加州大学旧金山分校进行博士后研究工作，2024年10月加入瑞士巴塞尔大学，任终身教轨助理教授。李玉萍博士获得了瑞士国家科学基金（SNSF）资助，用于探索噬菌体-细菌互作，以开发下一代噬菌体疗法。

Juk 系统：细菌的精准防御系统

研究团队通过对铜绿假单胞菌 PA14 菌株的基因筛查，意外发现了两个关键基因——jukA和jukB。这套系统展现出令人惊叹的防御特性：

• 精准识别：只攻击 ϕKZ 家族噬菌体，对 25 种其他噬菌体“视而不见”；

• 非自杀防御：清除入侵噬菌体后，细菌能继续正常分裂（与传统自杀式防御截然不同）；

• 高效拦截：在感染后 5 分钟内即可瓦解噬菌体的防御体系。

实验数据显示，装备 Juk 系统的细菌在遭遇噬菌体攻击时，防御成功率提升超过百万倍。

Juk 如何实现精准打击？

通过荧光标记和超高分辨率成像，研究团队揭开了 Juk 系统的分子机制：

1、雷达锁定：JukA 蛋白如同预警雷达，通过识别噬菌体早期分泌的 gp241 蛋白，准确定位感染部位；

2、导弹部署：JukB 效应蛋白被招募至感染位点，组装成四聚体“穿甲弹”；

3、精确打击：JukB 在噬菌体的脂质囊泡上打孔，暴露其遗传物质给宿主核酸酶；

4、清除残骸：被破坏的噬菌体基因组在 15 分钟内被降解殆尽。

有趣的是，gp241 蛋白自带“定位器”——其跨膜结构域帮助 Juk 系统精准锁定感染部位，而可溶性结构域则作为激活信号。

跨物种的防御网络：Juk系统的进化智慧

对 5300 多个微生物基因组的分析显示，Juk 系统展现出惊人的进化适应性：

模块化设计：核心传感器 JukA 可搭配不同效应器（磷脂酶、核酸酶等），形成多样化防御组合；

广泛分布：在变形菌门、蓝细菌等 21% 的已测序细菌中存在；

协同防御：常与其他免疫系统（如限制修饰系统）形成防御矩阵。

例如在荧光假单胞菌中，JukA 与磷脂酶融合形成“二合一”武器，通过分解噬菌体囊泡膜脂质实现防御。

新型抗菌疗法的曙光

这项突破不仅改写了对宿主-噬菌体互作的认知，更为解决抗生素耐药危机提供新思路：

1、精准抗菌：利用 Juk 系统的特异性，开发针对耐药菌的噬菌体疗法；

2、智能工程：将 Juk 元件植入益生菌，构建“活体抗菌剂”；

3、分子蓝图：JukB 的孔道形成机制为新型抗菌肽设计提供模板。

将 Juk 系统与现有抗菌策略结合，未来或可打造针对超级细菌的“定向精准打击系统”，为解决当前的抗生素耐药危机带来新思路。

李玉萍博士为论文第一作者（现为瑞士巴塞尔大学助理教授），北京化工大学硕士研究生关琳琳为论文第二作者，北京化工大学冯越教授、加州大学旧金山分校Joseph Bondy-Denomy教授及李玉萍博士为论文共同通讯作者。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00258-2