能抵抗病毒感染的全新細(xì)菌免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)

細(xì)菌雖小，卻在與病毒的較量中展現(xiàn)了驚人的“智慧”。記者17日從中國(guó)藥科大學(xué)獲悉，該校多靶標(biāo)天然藥物全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授肖易倍團(tuán)隊(duì)及國(guó)內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了一種全新的細(xì)菌免疫系統(tǒng)CRISPR-CAAD。該系統(tǒng)通過(guò)“耗光”細(xì)菌內(nèi)部的能量分子ATP來(lái)阻止病毒擴(kuò)散。這項(xiàng)研究揭示了細(xì)菌免疫系統(tǒng)與能量代謝之間的獨(dú)特聯(lián)系，并為細(xì)菌抵抗病毒感染的防治提供了新思路。相關(guān)成果近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

“規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列（CRISPR）是細(xì)菌的獲得性免疫系統(tǒng)，60%細(xì)菌含有CRISPR系統(tǒng)。該系統(tǒng)的種類也有很多，其中一些CRISPR蛋白可以切斷噬菌體的DNA，扼殺噬菌體。”肖易倍告訴記者，CRISPR-Cas是一種存在于細(xì)菌和古細(xì)菌中的天然免疫系統(tǒng)。它會(huì)像“偵察兵”一樣，用RNA檢測(cè)外來(lái)入侵者，比如病毒的DNA或RNA，并發(fā)動(dòng)攻擊以保護(hù)自己。

“在所有已知的CRISPR-Cas系統(tǒng)中，Ⅲ型是最復(fù)雜的一種。”肖易倍說(shuō)，此次研究中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，某些Ⅲ型CRISPR-Cas系統(tǒng)缺少傳統(tǒng)的核酸切割功能，卻攜帶CRISPR偶聯(lián)的脫氨酶CAAD和核苷酸水解酶Nudix。

肖易倍介紹，團(tuán)隊(duì)隨后研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CRISPR-CAAD系統(tǒng)檢測(cè)到病毒入侵時(shí)，會(huì)合成cA3、cA4和cA6等特殊信使分子。其中cA4和cA6能激活CAAD蛋白，使其將細(xì)菌內(nèi)部提供能量的分子腺苷三磷酸（ATP）耗竭，并將其轉(zhuǎn)化為三磷酸次黃嘌呤核苷（ITP）。這種轉(zhuǎn)化會(huì)迅速耗盡細(xì)菌能量。而ITP又?jǐn)y帶毒性，能抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，阻止病毒復(fù)制和擴(kuò)散。

“這就相當(dāng)于細(xì)胞通過(guò)‘自殺’與病毒同歸于盡，從而保全其他細(xì)菌不被病毒感染。”肖易倍說(shuō)，但這還沒(méi)有結(jié)束，當(dāng)病毒被清除后，細(xì)菌利用Nudix將有害的ITP分解成無(wú)害的肌苷酸（IMP），從而恢復(fù)正常生長(zhǎng)。這種“解毒”機(jī)制確保了細(xì)菌群體的生存。

肖易倍認(rèn)為，CRISPR-CAAD抗感染機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，為理解細(xì)菌免疫系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性提供了新視角。對(duì)該機(jī)制的深入解析，不僅有助于推動(dòng)基因編輯和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展，還能為研發(fā)相關(guān)抗感染藥物提供重要思路。