噬菌体对细菌的攻击并非100%有效

　　

细菌成功的众多秘密之一是它们保护自己免受病毒(称为噬菌体)侵害的能力，这种病毒感染细菌并利用其细胞机制复制自己。

技术的进步使得最近能够识别这些系统中涉及的蛋白质，但科学家们仍在深入挖掘这些蛋白质的作用。

在一项新的研究中，俄亥俄州立大学的一个研究小组报告了一种最常见的抗噬菌体系统的分子组装，这种系统来自一种叫做Gabija的蛋白质家族，据估计，地球上所有细菌物种中至少有8.5%到18%都使用这种系统。

研究人员发现，一种蛋白质似乎具有抵御噬菌体的能力，但当它与伴侣蛋白质结合时，产生的复合物非常擅长剪切入侵噬菌体的基因组，使其无法复制。该研究的共同主要作者、俄亥俄州立医学院生物化学和药理学博士后学者Zhangfei Shen说“我们认为这两种蛋白质需要形成复合物才能在噬菌体预防中发挥作用，但我们也相信一种蛋白质单独具有一些抗噬菌体功能。第二种蛋白质的全部作用还需要进一步研究。”研究人员说，这些发现增加了对微生物进化策略的科学理解，有一天可能会转化为生物医学应用。

Shen和共同一作Xiaoyuan Yang在资深作者、俄亥俄州立大学生物化学和药理学助理教授Tianmin Fu的实验室工作。

这项研究发表在4月16日的《Nature Structural & Molecular Biology》杂志上。

构成这种防御系统的两种蛋白质被称为Gabija A和Gabija B，或简称GajA和GajB。

研究人员使用低温电子显微镜分别确定了GajA和GajB的生化结构，以及所谓的超分子复合物GajAB的生化结构，当两者结合形成由每种蛋白质的四个分子组成的簇时，就会产生GajAB。

在使用蜡样芽孢杆菌作为模型的实验中，研究人员观察了噬菌体存在时复合物的活性，以深入了解防御系统是如何工作的。

尽管GajA单独显示出可以使噬菌体DNA失效的活性迹象，但它与GajB形成的复合物在确保噬菌体无法接管细菌细胞方面要有效得多。

“这就是神秘的部分，”Yang说。“GajA本身就足以分裂噬菌体细胞核，但当我们将它们一起孵育时，它也会与GajB形成复合物。我们的假设是GajA识别噬菌体的基因组序列，但GajB增强了这种识别并帮助切割噬菌体DNA。”

这种复合物的大尺寸和细长的结构使得很难全面了解GajB与GajA结合时的功能贡献，这使得研究小组对蛋白质的作用做出了一些尚未得到证实的假设。

Shen说:“我们只知道GajB有助于增强GajA活性，但我们还不知道它是如何起作用的，因为我们只在复合体上看到了大约50%的GajA。”

他们的一个假设是，GajB可能会影响细胞环境中一种能量来源——核苷酸ATP(三磷酸腺苷)的浓度水平——具体来说，是通过在检测到噬菌体存在时驱使ATP下降。杨说，这将具有扩大GajA噬菌体DNA活性和窃取噬菌体开始复制所需能量的双重效果。

关于细菌抗噬菌体防御系统还有更多需要了解的，但这个团队已经表明，阻止病毒复制并不是细菌武器库中唯一的武器。在之前的一项研究中，他们描述了一种不同的防御策略:细菌自己编程死亡，而不是让噬菌体接管一个群落。