能抵抗病毒感染的全新細菌免疫系統發現

科技日報南京12月17日電 （記者金鳳）細菌雖小，卻在與病毒的較量中展現了驚人的“智慧”。記者17日從中國藥科大學獲悉，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相關科研機構發現了一種全新的細菌免疫系統CRISPR-CAAD。該系統通過“耗光”細菌內部的能量分子ATP來阻止病毒擴散。這項研究揭示了細菌免疫系統與能量代謝之間的獨特聯繫，併為細菌抵抗病毒感染的防治提供了新思路。相關成果近日發表在國際學術期刊《科學》上。

“規律間隔成簇短迴文重複序列（CRISPR）是細菌的獲得性免疫系統，60%細菌含有CRISPR系統。該系統的種類也有很多，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是一種存在於細菌和古細菌中的天然免疫系統。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，並發動攻擊以保護自己。

“在所有已知的CRISPR-Cas系統中，Ⅲ型是最複雜的一種。”肖易倍説，此次研究中，團隊通過生物信息學分析發現，某些Ⅲ型CRISPR-Cas系統缺少傳統的核酸切割功能，卻攜帶CRISPR偶聯的脱氨酶CAAD和核苷酸水解酶Nudix。

肖易倍介紹，團隊隨後研究發現，當CRISPR-CAAD系統檢測到病毒入侵時，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，使其將細菌內部提供能量的分子腺苷三磷酸（ATP）耗竭，並將其轉化為三磷酸次黃嘌呤核苷（ITP）。這種轉化會迅速耗盡細菌能量。而ITP又攜帶毒性，能抑制細菌生長，阻止病毒複製和擴散。

“這就相當於細胞通過‘自殺’與病毒同歸於盡，從而保全其他細菌不被病毒感染。”肖易倍説，但這還沒有結束，當病毒被清除後，細菌利用Nudix將有害的ITP分解成無害的肌苷酸（IMP），從而恢復正常生長。這種“解毒”機制確保了細菌羣體的生存。

肖易倍認為，CRISPR-CAAD抗感染機制的發現，為理解細菌免疫系統的多樣性和複雜性提供了新視角。對該機制的深入解析，不僅有助於推動基因編輯和生物醫學技術發展，還能為研發相關抗感染藥物提供重要思路。