《Cell》在细菌中发现全新的免疫系统

　　

和人类一样，细菌也有不同的免疫系统来抵御病毒等病原体。这些免疫系统通常会降解病原体的DNA，使之无害。瓦赫宁根大学生物化学实验室助理教授Daan Swarts的研究小组发现了一种全新的免疫系统，它利用另一种机制来中和入侵者。研究结果发表在科学杂志《细胞》上。

在我们身体的深处，一场持续不断的军备竞赛正在进行。一方面，病毒不断寻找新的途径来侵入我们的细胞，另一方面，我们的身体不断想出更好的防御机制来消灭这些病毒。这就是疾病和健康通常保持平衡的方式。细菌与其致病的“入侵者”——病毒和质粒——之间也进行着同样的“军备竞赛”。

在科学杂志《细胞》上发表的一篇文章中，Daan Swarts研究小组的博士生Bel Koopal描述了这场军备竞赛中的一种新的防御机制。科学家们证明了一种新型的细菌“阿尔戈（Argonaute，AGO）蛋白质”，在检测到入侵的DNA后，会有意地分解所有名为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的分子。

       

简短的原核Argonaute/TIR-APAZ (SPARTA)系统的机制、功能和应用的示意图。

完全关闭细胞

AGO蛋白存在于植物和人类等多细胞生物中，也存在于细菌等单细胞生物中。这些AGO用一个小链的“引导RNA”或“引导DNA”来寻找具有相同序列的入侵RNA或DNA。在大多数情况下，入侵者随后通过将其分割成更小的、无害的部分来摧毁。尽管Swarts研究中的AGO蛋白也使用了引导RNA，但它通过一种完全不同的方法进行防御:在检测到入侵DNA后，它通过分解NAD+来完全关闭细胞。

受感染的细胞最终灭亡

NAD+分子在细胞的新陈代谢中起着至关重要的作用，它使众所周知的“发动机”运转，使细胞得以继续存在。“没有NAD+，细胞最终会死亡，这听起来可能有点矛盾，但这正是注定要发生的。通过让受感染的细胞死亡，入侵者就不能繁殖或传播到邻近的细菌。为了拯救其他健康的细胞，细菌细胞被‘牺牲’了。”

先进的细菌

这种免疫系统存在于不同种类的细菌中。Swarts并不惊讶于这些单细胞生物拥有如此复杂的防御机制。“人们经常低估细菌的能力，无论细菌多么小，它们的免疫系统已经进化了数百万年，变得越来越先进。它们必须这么做，因为病毒通常也非常复杂。”

“在未来，我们或许能够利用这种基因工具来检测人体疾病。”

Swarts、Koopal和他们的同事进行了这项研究，主要是出于理解AGO蛋白机制的科学愿望。从长远来看，这些新发现也将具有实际应用价值。例如，研究小组证明，免疫系统可以被分离出来，然后用一种选择的引导RNA链重新编程。由于NAD+的降解很容易被检测到，AGO蛋白可以在命令下识别特定的DNA序列。“在未来，我们也许能够利用这种基因工具来检测人体中的疾病。但我们还没到那一步。目前，我们的动机是出于一种基本的好奇心。”

参考译文:“Short prokaryotic Argonaute systems trigger cell death upon detection of invading DNA” by Balwina Koopal, Ana Potocnik, Sumanth K. Mutte, Cristian Aparicio-Maldonado, Simon Lindhoud, Jacques J.M. Vervoort, Stan J.J. Brouns and Daan C. Swarts, 4 April 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.03.012