BREX系统独特的DNA识别机制增强细菌抗病毒防御

噬菌体是地球上最丰富的生命形式，感染细菌细胞并影响微生物群落的结构。为了抵御噬菌体的攻击，细菌已经进化出了自己的防御工具，包括最常见的限制性修饰（R-M）和CRISPR-Cas系统

此外，细菌编码了数百种更罕见和更模糊的防御系统，其中一些——如BREX（BacteRiophage EXclusion）——利用自身DNA的修饰将其与病毒DNA区分开来，并且比经典的R-M系统更复杂

由助理教授Artem Isaev领导的Skoltech元基因组分析实验室的研究人员及其来自英国的同事研究了BREX甲基转移酶并确定了蛋白质结构，这有助于对其DNA位点的特异性进行编程，并显著增强抗病毒防御。该研究发表在《自然通讯》上

“在我们的实验室中，自BREX被发现以来，我们一直在研究它。这个相当复杂的六蛋白系统很有趣，因为它将经典的DNA甲基化与新的抗病毒机制相结合。在这项研究中，我们试图找出BREX如何区分自己和非自己，以及BrxX甲基转移酶在这一过程中扮演什么角色。

”我们来自Dmitry Gilyarov实验室的同事解决了具有位点特异性DNA底物的复合物中BrxX的结构，并发现了BREX位点中的特定核苷酸是如何被识别的。利用这些知识，我们能够对BrxX进行诱变，并对其进行编程以识别新的DNA位点

“出乎意料的是，这也显著提高了BREX的抗病毒活性，”该研究的主要作者、Skoltech生命科学博士生Alena Drobiazko说

“在我们的工作中，我们还表明BrxX是细菌DNA甲基化和防御步骤的重要组成部分。有趣的是，这种在体外和体内实验中均无活性的蛋白质在组装大型BREX复合物后仍具有功能。

”在简单的II型R-M系统中，甲基化酶和限制性内切酶是两种独立的蛋白质，而在BREX中，其自身DNA的甲基化以及非甲基化病毒DNA的识别和限制都是由“超分子”BREX复合材料完成的，“Drobizko说。该论文的合著者、Skoltech生命科学博士生Mikhail Skutel说：“X系统在攻击或防御DNA以及保护机制如何工作之间做出了决定。”