能抵抗病毒感染的全新细菌免疫系统发现

科技日报南京12月17日电 (记者 金凤)细菌虽小，却在与病毒的较量中展现了惊人的“智慧”。记者17日从中国药科大学获悉，该校多靶标天然药物全国重点实验室教授肖易倍团队及国内相关科研机构发现了一种全新的细菌免疫系统CRISPR-CAAD。该系统通过“耗光”细菌内部的能量分子ATP来阻止病毒扩散。这项研究揭示了细菌免疫系统与能量代谢之间的独特联系，并为细菌抵抗病毒感染的防治提供了新思路。相关成果近日发表在国际学术期刊《科学》上。

“规律间隔成簇短回文重复序列(CRISPR)是细菌的获得性免疫系统，60%细菌含有CRISPR系统。该系统的种类也有很多，其中一些CRISPR蛋白可以切断噬菌体的DNA，扼杀噬菌体。”肖易倍告诉记者，CRISPR-Cas是一种存在于细菌和古细菌中的天然免疫系统。它会像“侦察兵”一样，用RNA检测外来入侵者，比如病毒的DNA或RNA，并发动攻击以保护自己。

“在所有已知的CRISPR-Cas系统中，Ⅲ型是最复杂的一种。”肖易倍说，此次研究中，团队通过生物信息学分析发现，某些Ⅲ型CRISPR-Cas系统缺少传统的核酸切割功能，却携带CRISPR偶联的脱氨酶CAAD和核苷酸水解酶Nudix。

肖易倍介绍，团队随后研究发现，当CRISPR-CAAD系统检测到病毒入侵时，会合成cA3、cA4和cA6等特殊信使分子。其中cA4和cA6能激活CAAD蛋白，使其将细菌内部提供能量的分子腺苷三磷酸(ATP)耗竭，并将其转化为三磷酸次黄嘌呤核苷(ITP)。这种转化会迅速耗尽细菌能量。而ITP又携带毒性，能抑制细菌生长，阻止病毒复制和扩散。

“这就相当于细胞通过‘自杀’与病毒同归于尽，从而保全其他细菌不被病毒感染。”肖易倍说，但这还没有结束，当病毒被清除后，细菌利用Nudix将有害的ITP分解成无害的肌苷酸(IMP)，从而恢复正常生长。这种“解毒”机制确保了细菌群体的生存。

肖易倍认为，CRISPR-CAAD抗感染机制的发现，为理解细菌免疫系统的多样性和复杂性提供了新视角。对该机制的深入解析，不仅有助于推动基因编辑和生物医学技术发展，还能为研发相关抗感染药物提供重要思路。