《Science》發(fā)布的最新研究發(fā)現了一種存在于大腸桿菌中的新型免疫防御機制，該機制能夠將病毒感染的“武器”反過(guò)來(lái)用來(lái)對抗病毒。這一機制以中國軍事家孔明的名字命名，展示了一條新穎的免疫信號通路。這一發(fā)現可能為未來(lái)生物技術(shù)工具的發(fā)展提供啟示，并成為替代抗生素的方案之一。

在1800多年前的中國，傳奇軍事家諸葛亮（通常被稱(chēng)為孔明）面對一支強大的敵軍時(shí)，并沒(méi)有自己制造武器，而是讓敵方將武器送給他。他利用覆蓋稻草的空船，欺騙敵人向船只射出成千上萬(wàn)的箭。在戰斗結束后，他的軍隊成功收集了這些箭，并將其用于己方，這一傳奇戰略被稱(chēng)為草船借箭。

如今，華中農業(yè)大學(xué)和哥本哈根大學(xué)的研究人員共同進(jìn)行的新研究表明，細菌在抵御病毒攻擊時(shí)發(fā)展出了類(lèi)似的防御策略。

這一新發(fā)現的免疫系統被命名為“孔明”。當病毒感染細菌時(shí)，“孔明”利用病毒自身的一種酶來(lái)激活一種致命的防御機制，從而阻止感染的擴散。

“我們發(fā)現了一條新的抗病毒信號通路，諷刺的是，這條通路依賴(lài)于病毒酶來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)防御的警報信號——就像歷史上的孔明利用敵人的箭來(lái)反擊敵人一樣，”研究團隊助理教授Rafael Pinilla-Raililla-redondo說(shuō)道。

研究人員在大腸桿菌中發(fā)現了孔明防御系統，這是一種常見(jiàn)于我們腸道的細菌。同時(shí)，他們還在環(huán)境中的其他細菌中識別出了孔明系統的變體，表明這一抗病毒策略是廣泛存在的。

阻止病毒擴散

當病毒攻擊細菌時(shí)，它需要復制自身的遺傳物質(zhì)以便快速傳播。為了實(shí)現這一目標，一些病毒使用稱(chēng)為核苷酸激酶的專(zhuān)門(mén)酶，幫助快速生成復制遺傳信息所需的基礎構件。

孔明防御則劫持了這種酶，制造出一種完全不同的物質(zhì)——免疫信號分子，反而觸發(fā)對抗病毒的防御。這一信號導致細菌自我犧牲，從而阻止病毒的傳播。

“細菌為了制止病毒而犧牲自己——這雖然聽(tīng)起來(lái)戲劇化，但這是一種非常有效的策略。通過(guò)自我犧牲，細菌將病毒連同自己一起消滅，防止感染擴散到其他細菌群體。這就像炸毀一座橋以阻擋敵人的進(jìn)攻，”Pinilla-Raililla-redondo解釋道。

但病毒難道就對這一策略束手無(wú)策了嗎？并非如此——一些病毒在與孔明的持續斗爭中，已經(jīng)發(fā)展出反制手段。

“有些病毒找到了解決孔明的方法，”共同第一作者之一、哥本哈根大學(xué)的博士生Ruiliang Zhao表示。“它們攜帶特殊酶，可以分解觸發(fā)孔明系統所需的分子。這是它們在警報響起之前切斷警報信號的方法。”

不僅僅是一個(gè)有趣的生物機制

自古以來(lái)，細菌感染一直對人類(lèi)構成挑戰，而抗生素長(cháng)期以來(lái)是我們防御的主要手段。然而，近幾十年來(lái)，抗生素耐藥性細菌的興起，主要由于抗生素的過(guò)度使用，成為一個(gè)重要的全球性問(wèn)題。

一種備受關(guān)注的替代方案是噬菌體療法：利用專(zhuān)門(mén)感染和殺滅不必要細菌的病毒。然而，細菌并非毫無(wú)防備；它們發(fā)展出了廣泛的抗病毒策略，包括孔明系統，這可以有效阻止噬菌體感染。

“要開(kāi)發(fā)有效的噬菌體療法，我們需要了解細菌抵抗病毒攻擊所使用的自然免疫系統，”Pinilla-Raililla-redondo說(shuō)。“通過(guò)研究像孔明這樣的防御機制，以及噬菌體如何繞過(guò)這些防御，我們可以更好地設計噬菌體治療策略，提高其成功率。”

此外，驅動(dòng)孔明機制的分子系統也可能被用于未來(lái)的生物技術(shù)應用。特定激活該系統的信號分子dITP，也與某些其他生物過(guò)程相關(guān)。而由于孔明的免疫效應復合體對該分子高度特異，這可能會(huì )激發(fā)合成生物學(xué)和檢測領(lǐng)域的新技術(shù)。

“由于孔明免疫效應復合體特異性地響應dITP，它可以用來(lái)檢測這種特殊的核苷酸——這為新穎的生物技術(shù)應用打開(kāi)了大門(mén)，”Ruiliang Zhao總結道。

期刊：Science

DOI：10.1126/science.ads6055