细菌大战中发现意想不到的噬菌体蛋白功能

一项意外发现使得对抗有害细菌的斗争取得了重要进展。由奥塔哥大学彼得·费恩兰教授领导的国际研究小组研究了一种被细菌感染病毒(称为噬菌体)使用的特殊蛋白质。

研究细菌和噬菌体之间的这种微观军备竞赛具有重要意义，因为它可以带来抗生素的替代品。

该研究发表在《自然》杂志上，分析了噬菌体在部署抗 CRISPR 时使用的一种蛋白质，即阻断细菌 CRISPR-Cas 免疫系统的方法。

奥塔哥大学微生物学和免疫学系的主要作者 Nils Birkholz 博士表示，了解噬菌体如何与细菌相互作用是利用噬菌体对抗人类健康或农业领域的细菌病原体的重要一步。

“具体来说，我们需要了解细菌用来保护自己免受噬菌体感染的防御机制，例如 CRISPR，这与我们如何利用身体的免疫系统抵抗病毒以及噬菌体如何抵消这些防御机制类似。

“例如，如果我们知道噬菌体如何杀死特定细菌，这有助于识别适合用作抗菌剂的噬菌体。更具体地说，重要的是要了解噬菌体在感染后如何控制其反防御武器库，包括抗 CRISPR——我们必须了解噬菌体如何调节对抗细菌有用的基因表达，”他说。

这项研究揭示了噬菌体需要多么小心地部署它们的抗 CRISPR。

“我们已经知道，特定的噬菌体蛋白具有一个部分或结构域，这在参与基因调控的许多蛋白质中非常常见;这种螺旋-转角-螺旋 (HTH) 结构域能够特异性地结合 DNA 序列，并且根据情况可以打开或关闭基因。

“我们发现，这种蛋白质的 HTH 结构域更加灵活，并表现出一种以前未知的调节模式。它不仅可以利用这个结构域结合 DNA，还可以结合其 RNA 转录本，RNA 转录本是 DNA 序列和其中编码的抗 CRISPR 之间的介质分子。

“由于这种蛋白质参与调节抗 CRISPR 的产生，这意味着这种调节有额外的层次——它不仅通过 DNA 结合机制发生，而且还通过我们发现的结合信使 RNA 的新机制发生。”

费纳兰教授表示，这一发现对于理解基因调控可能具有重大意义。

“阐明这种出乎意料的复杂调控对于理解噬菌体如何逃避 CRISPR-Cas 防御并在一系列应用中杀死目标细菌具有重要意义。

“这一发现对于科学界来说尤其令人兴奋，因为它展示了一个已被深入研究的蛋白质家族中的一种新颖的调控机制。

“自从 20 世纪 80 年代初发现 HTH 结构域以来，人们就对其进行了彻底的研究，因此我们最初认为我们的蛋白质的作用方式与任何其他具有 HTH 结构域的蛋白质一样——当我们发现这种新的作用模式时，我们感到非常惊讶。

他说：“这一发现有可能改变该领域对这一关键且广泛存在的蛋白质结构域的功能和机制的看法，并可能对我们理解基因调控产生重大影响。”