噬菌體對細菌的攻擊并非100%有效

細菌成功的眾多秘密之一是它們保護自己免受病毒(稱為噬菌體)侵害的能力，這種病毒感染細菌并利用其細胞機制復制自己。

技術的進步使得最近能夠識別這些系統中涉及的蛋白質，但科學家們仍在深入挖掘這些蛋白質的作用。

在一項新的研究中，俄亥俄州立大學的一個研究小組報告了一種最常見的抗噬菌體系統的分子組裝，這種系統來自一種叫做Gabija的蛋白質家族，據估計，地球上所有細菌物種中至少有8.5%到18%都使用這種系統。

研究人員發現，一種蛋白質似乎具有抵御噬菌體的能力，但當它與伴侶蛋白質結合時，產生的復合物非常擅長剪切入侵噬菌體的基因組，使其無法復制。該研究的共同主要作者、俄亥俄州立醫學院生物化學和藥理學博士后學者Zhangfei Shen說“我們認為這兩種蛋白質需要形成復合物才能在噬菌體預防中發揮作用，但我們也相信一種蛋白質單**有一些抗噬菌體功能。第二種蛋白質的全部作用還需要進一步研究。”研究人員說，這些發現增加了對微生物進化策略的科學理解，有一天可能會轉化為生物醫學應用。

Shen和共同一作Xiaoyuan Yang在資深作者、俄亥俄州立大學生物化學和藥理學助理教授Tianmin Fu的實驗室工作。

這項研究發表在4月16日的《Nature Structural & Molecular Biology》雜志上。

構成這種防御系統的兩種蛋白質被稱為Gabija A和Gabija B，或簡稱GajA和GajB。

研究人員使用低溫電子顯微鏡分別確定了GajA和GajB的生化結構，以及所謂的超分子復合物GajAB的生化結構，當兩者結合形成由每種蛋白質的四個分子組成的簇時，就會產生GajAB。

在使用蠟樣芽孢桿菌作為模型的實驗中，研究人員觀察了噬菌體存在時復合物的活性，以深入了解防御系統是如何工作的。

盡管GajA單獨顯示出可以使噬菌體DNA失效的活性跡象，但它與GajB形成的復合物在確保噬菌體無法接管細菌細胞方面要有效得多。

“這就是神秘的部分，”Yang說。“GajA本身就足以分裂噬菌體細胞核，但當我們將它們一起孵育時，它也會與GajB形成復合物。我們的假設是GajA識別噬菌體的基因組序列，但GajB增強了這種識別并幫助切割噬菌體DNA。”

這種復合物的大尺寸和細長的結構使得很難全面了解GajB與GajA結合時的功能貢獻，這使得研究小組對蛋白質的作用做出了一些尚未得到證實的假設。

Shen說:“我們只知道GajB有助于增強GajA活性，但我們還不知道它是如何起作用的，因為我們只在復合體上看到了大約50%的GajA。”

他們的一個假設是，GajB可能會影響細胞環境中一種能量來源——核苷酸ATP(三磷酸腺苷)的濃度水平——具體來說，是通過在檢測到噬菌體存在時驅使ATP下降。楊說，這將具有擴大GajA噬菌體DNA活性和竊取噬菌體開始復制所需能量的雙重效果。

關于細菌抗噬菌體防御系統還有更多需要了解的，但這個團隊已經表明，阻止病毒復制并不是細菌武器庫中**的武器。在之前的一項研究中，他們描述了一種不同的防御策略:細菌自己編程死亡，而不是讓噬菌體接管一個群落。

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