抓住病毒的尾巴——研究人员发现细菌免疫系统会改变噬菌体的尾巴

噬菌体是攻击细菌的病毒，有头和尾。头部含有噬菌体的遗传物质，尾部用于识别潜在的宿主，即可以注入这种物质的细菌细胞。一旦注射完成，噬菌体就会劫持细菌的细胞机制，迫使它产生新的自身拷贝，最终导致细胞破裂并感染菌落中的其他细菌

在今天发表在《自然》杂志上的一项新研究中，魏茨曼科学研究所的研究人员揭示了一种细菌免疫系统，该系统通过在噬菌体的尾巴上附着一个小蛋白质分子来挫败噬菌体的阴谋。这种新免疫系统的组成部分在结构上与人类免疫机制相似，它们可能有助于揭示这种机制是如何工作的，以及我们自己的免疫系统是如何进化的

细菌中的第一种抗噬菌体防御机制是在20世纪60年代发现的，但直到最近，人们才知道其中的少数机制。其中最著名的是CRISPR-Cas9，它的发现引发了基因编辑的革命

然而，近年来，该领域出现了一波新的发现，导致发现了150多种具有不同作用模式的新细菌免疫系统。其中许多系统是使用魏茨曼分子遗传学系的Rotem Sorek教授开发的方法鉴定的

Sorek的方法基于一个非常简单的原理：参与细菌免疫机制的基因倾向于在细菌基因组中聚集在一起，位于被称为“防御岛”的区域。因此，研究人员可以通过检查位于已知防御岛附近的功能未知的基因来发现新的免疫系统

Sorek解释说：“在我们的许多研究中，我们已经从广泛研究的人类免疫机制中认识到了我们熟悉的细菌免疫系统的组成部分。”。“这表明，我们先天免疫系统的大部分进化来源来自细菌。我们的新研究为这一观点提供了进一步的支持。”20世纪70年代，科学家发现了一种细胞控制系统，能够通过将一种名为泛素的小蛋白附着在蛋白质上来改变蛋白质的结构和作用，以及它们的寿命。自从泛素被发现以来——Aaron Ciechanover、Avram Hershko和Irwin Rose教授因此获得了2004年诺贝尔化学奖——其他科学家已经揭示了许多类似的系统，在这些系统中，酶将各种小蛋白质附着在靶蛋白上，从而改变了它的命运

在这项新研究中，由Sorek实验室的Jens Hör博士领导的研究人员发现了一种新的细菌免疫系统，其中含有一种泛素样蛋白，其结构与人类免疫系统中更神秘的蛋白质之一ISG15相似。ISG15在抵御不同病毒（如流感和艾滋病毒）方面发挥作用，但它是如何执行任务的尚不完全清楚

Hör及其同事发现，与其他细菌免疫系统不同，他们发现的系统并不能阻止病毒劫持细胞并复制自己：编码这种免疫系统的细菌一旦被感染，就会死亡并产生新的病毒后代。但这些病毒是“无菌的”，这意味着它们不能感染其他细菌，这使得研究人员得出结论，新的免疫系统能够以某种方式阻止病毒传播到菌落中的其他细胞

为了了解复制的病毒如何失去感染其他细胞的能力，以及新的细菌免疫系统在其中起着什么作用，Sorek的研究团队与魏茨曼化学研究支持部电子显微镜部门负责人Sharon Wolf博士合作。研究人员用显微镜下清晰可见的金颗粒标记了新免疫系统核心的泛素样蛋白

当他们看到重复噬菌体的图像时，他们感到惊讶：标记的蛋白质位于病毒尾部的末端，阻止噬菌体利用尾部定位和感染新的细菌细胞。研究人员认为，这种新的免疫系统能够识别病毒尾部的三维结构，这使得该系统能够有效地对抗各种噬菌体，只要它们的尾部结构相似

目前科学界已知的噬菌体中，95%以上都有尾巴，它们既可以用来识别细菌细胞，也可以将病毒遗传物质注入其中

“我们希望我们在细菌中的发现将激励研究人类免疫系统的研究人员研究类似的原理是否适用于人类免疫蛋白ISG15。攻击人类的病毒可能没有尾巴，但人类的防御也可能通过破坏病毒的关键结构蛋白来发挥作用，”Sorek说。“我们在这项研究中探索的免疫系统只是我们在细菌基因组中鉴定出的许多含有泛素样蛋白的系统之一。现在，这些其他系统如何对抗它们的老敌人病毒还有待观察。p