为阻止病毒扩散,这些细菌选择了自我毁灭

时间: 2020年02月19日 | 作者: Admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)

加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院的研究人员发现了一种新的免疫系统,可以保护细菌免受噬菌体(专门感染细菌的病毒)的侵害。

 

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被噬菌体感染后,含有CBASS系统的大肠杆菌能摧毁自身的基因组。图片来源:加利福尼亚大学圣地亚哥分校

 

文章来源:加利福尼亚大学圣地亚哥分校

翻译:刘宇航

审校:张二七

 

加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院的研究人员发现了一种新的免疫系统,可以保护细菌免受噬菌体(专门感染细菌的病毒)的侵害。其独特之处在于,它可以通过顿挫感染(abortive infection)发挥作用,也就是说被感染的细菌细胞会自毁,以防止增殖的病毒扩散到其他细胞。这项研究的论文发表在《分子细胞》上。文章为利用噬菌体甚至人为触发的细菌自毁,治疗多重耐药菌感染提供了新思路。

 

论文的主要作者,圣地亚哥分校医学院副教授凯文·科贝特(Kevin Corbett)说:“顿挫感染虽然不是什么新概念,但它仍然存在争议。争论的重点在于,被感染的细胞是否自我毁灭,以避免作为宿主被用来产生更多的子代噬菌体。从进化论的角度来看,单细胞生物这样做是否合乎逻辑还存在争议。但是,如果我们将菌群看做一个整体而非多个孤立的细胞,就不难理解细菌的这种行为。”

 

Corbett的实验室的研究方向并不总是专注于细菌。他们主要研究哺乳动物细胞如何分裂以产生精子和卵子,这一过程称为减数分裂。减数分裂特别令人感兴趣的一个方面是,一种被称作HORMA的特定蛋白质家族是如何在这一过程中帮助维持基因组的稳定性的。但是,在2015年,当美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的生物信息学家预测某些细菌也可能产生HORMA蛋白,并且这些蛋白可能与一种新型的免疫系统有关时,Corbett开始对细菌产生了兴趣。

 

“我做的是基础研究,对进化过程中蛋白和信号通路之间意想不到的联系具有很大兴趣,”Corbett说,“所以我想知道,这些蛋白质在细菌中发挥了什么作用?”他也是路德维希癌症研究中心圣地亚哥研究所的客座科学家。

 

Corbett带领的研究团队对将近75000个细菌进行了基因组测序,发现了10%的细菌中存在这种新型免疫系统。随后,他的团队将这个系统(现在称之为CBASS)复制到对噬菌体敏感的大肠杆菌菌株中。Corbett说,“我们高兴地发现,CBASS几乎让大肠杆菌具有对噬菌体的绝对免疫力。”

 

深入研究之后,研究小组揭示了有关CBASS防御系统的许多生化和结构细节。他们发现该系统需要多种蛋白质共同发挥作用:首先,HORMA蛋白感知噬菌体的感染,然后会刺激下游蛋白合成第二信号分子。这种分子会激活一种核酸酶,而这种酶能破坏细菌自身的基因组并杀死细胞,阻止噬菌体复制和感染其他细菌。

 

在将近一个世纪之后,科学家开始重新探索利用噬菌体治疗多重耐药细菌感染的可能性。Corbett认为,许多研究噬菌体疗法的研究人员可能能够通过微调噬菌体,避开这种细菌免疫系统的新机制,以使噬菌体治疗更有效。

 

他还表示:“另一方面,如果我们找到了一种用药物激活该免疫系统的方法,我们也许能够使含有CBASS的细菌自杀。不过,这需要我们对该系统有足够的了解。”

 

但是Corbett说,首要的问题是了解CBASS系统的多样性。他说,“我们仅研究了6,000多个不同的CBASS系统中的一个。但就好像我们系统有多种多样的核酸酶一样,每个CBASS系统也都编码了不同的感染传感器、信号蛋白和效应蛋白。了解这些不同的组件如何协同工作,以及细菌在它们发展过程中如何对这些组件进行整合,将使我们对它们的工作方式,以及如何进行人为干预有更全面的了解。”

 

原文链接:

https://phys.org/news/2020-01-team-bacteria-self-destruct-viral-infections.html

 

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