能抵抗病毒感染的全新細菌免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)

細菌雖小，卻在與病毒的較量中展現(xiàn)了驚人的“智慧”。記者17日從中國藥科大學(xué)獲悉，該校多靶標天然藥物全國重點實驗室教授肖易倍團隊及國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)發(fā)現(xiàn)了一種全新的細菌免疫系統(tǒng)CRISPR-CAAD。該系統(tǒng)通過“耗光”細菌內(nèi)部的能量分子ATP來阻止病毒擴散。這項研究揭示了細菌免疫系統(tǒng)與能量代謝之間的獨特聯(lián)系，并為細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）是細菌的獲得性免疫系統(tǒng)，60%細菌含有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是一種存在于細菌和古細菌中的天然免疫系統(tǒng)。它會像“偵察兵”一樣，用RNA檢測外來入侵者，比如病毒的DNA或RNA，并發(fā)動攻擊以保護自己。

“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，此次研究中，團隊通過生物信息學(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，團隊隨后研究發(fā)現(xiàn)，當CRISPR-CAAD系統(tǒng)檢測到病毒入侵時，會合成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)化會迅速耗盡細菌能量。而ITP又攜帶毒性，能抑制細菌生長，阻止病毒復(fù)制和擴散。

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

肖易倍認為，CRISPR-CAAD抗感染機制的發(fā)現(xiàn)，為理解細菌免疫系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性提供了新視角。對該機制的深入解析，不僅有助于推動基因編輯和生物醫(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。