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研究人员发现了新的免疫系统如二号站平台何保护细菌免受噬菌体的侵害

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加利福尼亚大学圣地亚哥医学院的研究人员发现了一种新的免疫系统如何保护细菌免受噬菌体(噬菌体)的感染,噬菌体是一种专门感染细菌的病毒。这个新系统的不同寻常之处在于,它是通过流产性感染来工作的——被感染的细菌细胞会自我毁灭,以防止感染扩散到其他细胞。
 
这两篇发表于2020年1月10日的《分子细胞》(Molecular Cell)杂志上的论文提供了新的信息,可以用来改进噬菌体疗法,甚至有意触发细菌的自我毁灭,从而改善耐多药细菌感染的治疗。
 
科比特的实验室并不总是关注细菌。他们通常研究哺乳动物细胞如何分裂产生精子和卵子,这个过程被称为减数分裂。他们对减数分裂特别感兴趣的一个方面是一个特殊的蛋白质家族,称为荷玛蛋白,如何在这种特殊的细胞分裂过程中帮助维持基因组的稳定性。但是,当美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)生物信息学家在2015年发表的一项研究中预测,一些细菌可能也会产生HORMA蛋白,而这些蛋白可能与一种新的免疫系统有关时,科比特很感兴趣。
 
“我是一名基础科学家,我对蛋白质和通路之间的进化联系特别感兴趣,你永远也想不到它们之间会有关联,”Corbett说,他也是路德维希癌症研究所(Ludwig Institute for Cancer Research)圣地亚哥分部的访问科学家。“所以我想知道,这些蛋白质在细菌中会做什么?”
 
近75,000种不同的细菌已经完成了它们的基因组测序。科比特说,其中大约10%的人发现了这种新的防御系统。他的团队将这一系统(现在被称为CBASS)克隆到大肠杆菌的实验室菌株中,该菌株通常对噬菌体感染很敏感。Corbett说:“我们很高兴地发现CBASS对噬菌体几乎完全免疫。”
 
随着研究的深入,研究小组进一步揭示了CBASS防御系统的一些生化和结构细节,其中包括几种蛋白质。他们发现,2号站注册登录HORMA蛋白感知感染,然后刺激第二种蛋白质合成第二信使分子。这种分子反过来激活一种核酸酶,这种酶会破坏细菌自身的基因组,杀死细胞,同时阻止噬菌体复制并感染其他细胞。
 
在一个世纪前失宠之后,噬菌体又一次被用来治疗耐多药细菌感染。根据Corbett的说法,包括加州大学圣地亚哥分校噬菌体创新应用和治疗中心的研究人员在内的研究人员可能会利用这种关于细菌免疫系统的新机制信息来调整噬菌体以避开这些系统,从而使噬菌体治疗更有效。
 
他说:“另一方面,如果我们能找到一种药物激活这个系统的方法,我们可能就能让含cbas的细菌杀死自己。”“做这样的事情真的需要我们对其中的具体机制有一个清晰的认识。”
 
但是首先,Corbett说,最大的问题是理解CBASS系统的多样性。
 
“我们只研究了6000多个不同的CBASS系统中的一个,每个CBASS系统都编码一组不同的感染传感器、信号蛋白和效应蛋白,比如我们系统中的核酸酶。了解这些不同的部分是如何协同工作的,以及细菌在进化过程中是如何混合和匹配它们的,将会让我们对它们是如何工作的,以及我们如何最好地进行干预有一个更全面的了解。”

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