《Cell》在細菌中發現全新的免疫系統

時間:2022年4月18日
來源:賽特科技

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在科學雜志《細胞》上發表的一篇文章中,Daan Swarts研究小組的博士生Bel Koopal描述了這場軍備競賽中的一種新的防御機制??茖W家們證明了一種新型的細菌“阿爾戈(Argonaute,AGO)蛋白質”,在檢測到入侵的DNA后,會有意地分解所有名為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的分子。

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Bacteriophage Virus Attacking Bacteria

和人類一樣,細菌也有不同的免疫系統來抵御病毒等病原體。這些免疫系統通常會降解病原體的DNA,使之無害。瓦赫寧根大學生物化學實驗室助理教授Daan Swarts的研究小組發現了一種全新的免疫系統,它利用另一種機制來中和入侵者。研究結果發表在科學雜志《細胞》上。

在我們身體的深處,一場持續不斷的軍備競賽正在進行。一方面,病毒不斷尋找新的途徑來侵入我們的細胞,另一方面,我們的身體不斷想出更好的防御機制來消滅這些病毒。這就是疾病和健康通常保持平衡的方式。細菌與其致病的“入侵者”——病毒和質?!g也進行著同樣的“軍備競賽”。

在科學雜志《細胞》上發表的一篇文章中,Daan Swarts研究小組的博士生Bel Koopal描述了這場軍備競賽中的一種新的防御機制??茖W家們證明了一種新型的細菌“阿爾戈(Argonaute,AGO)蛋白質”,在檢測到入侵的DNA后,會有意地分解所有名為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的分子。

New Immune System Discovered in Bacteria        

簡短的原核Argonaute/TIR-APAZ (SPARTA)系統的機制、功能和應用的示意圖。

完全關閉細胞

AGO蛋白存在于植物和人類等多細胞生物中,也存在于細菌等單細胞生物中。這些AGO用一個小鏈的“引導RNA”或“引導DNA”來尋找具有相同序列的入侵RNA或DNA。在大多數情況下,入侵者隨后通過將其分割成更小的、無害的部分來摧毀。盡管Swarts研究中的AGO蛋白也使用了引導RNA,但它通過一種完全不同的方法進行防御:在檢測到入侵DNA后,它通過分解NAD+來完全關閉細胞。

受感染的細胞最終滅亡

NAD+分子在細胞的新陳代謝中起著至關重要的作用,它使眾所周知的“發動機”運轉,使細胞得以繼續存在?!皼]有NAD+,細胞最終會死亡,這聽起來可能有點矛盾,但這正是注定要發生的。通過讓受感染的細胞死亡,入侵者就不能繁殖或傳播到鄰近的細菌。為了拯救其他健康的細胞,細菌細胞被‘犧牲’了?!?/p>

先進的細菌

這種免疫系統存在于不同種類的細菌中。Swarts并不驚訝于這些單細胞生物擁有如此復雜的防御機制?!叭藗兘洺5凸兰毦哪芰?,無論細菌多么小,它們的免疫系統已經進化了數百萬年,變得越來越先進。它們必須這么做,因為病毒通常也非常復雜?!?/p>

“在未來,我們或許能夠利用這種基因工具來檢測人體疾病?!?/p>

Swarts、Koopal和他們的同事進行了這項研究,主要是出于理解AGO蛋白機制的科學愿望。從長遠來看,這些新發現也將具有實際應用價值。例如,研究小組證明,免疫系統可以被分離出來,然后用一種選擇的引導RNA鏈重新編程。由于NAD+的降解很容易被檢測到,AGO蛋白可以在命令下識別特定的DNA序列?!霸谖磥?,我們也許能夠利用這種基因工具來檢測人體中的疾病。但我們還沒到那一步。目前,我們的動機是出于一種基本的好奇心?!?/p>

參考譯文:“Short prokaryotic Argonaute systems trigger cell death upon detection of invading DNA” by Balwina Koopal, Ana Potocnik, Sumanth K. Mutte, Cristian Aparicio-Maldonado, Simon Lindhoud, Jacques J.M. Vervoort, Stan J.J. Brouns and Daan C. Swarts, 4 April 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.03.012

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