细菌如何控制“自杀”防御？哈工大团队揭示细菌逆转录子双重抑制机制

IT之家 7 月 31 日消息，哈尔滨工业大学生命科学和医学学部黄志伟教授团队最新研究揭示了细菌逆转录子 Ec78 系统的双重抑制机制，阐明了细菌如何通过两道“保险锁”控制毒素蛋白，实现对噬菌体入侵的快速响应。相关成果已于 7 月 31 日发表于《美国科学院院刊》。逆转录子是细菌体内重要的免疫系统组成部分。当噬菌体入侵时，被感染的细菌会主动选择“自杀”—— 释放效应蛋白特异性降解自身维持生命所必需的转运 RNA（tRNA），从而阻断病毒复制与传播，牺牲个体以保护细菌群体。然而，这种具有杀伤力的效应蛋白如何实现安全储存并在关键时刻激活，一直未被阐明。黄志伟团队结合生物化学分析与冷冻电子显微镜技术，绘制了 Ec78 系统在不同状态下的高分辨率结构图像。研究发现，在未受威胁的状态下，系统内部存在两道“保险锁”。第一道锁是体内的能量分子（ATP）与效应蛋白结合，诱导效应复合物聚合形成抑制性四聚体，锁定其活性；第二道锁是系统的抗毒素元件与效应蛋白紧密结合，进一步稳定抑制状态，确保毒素不会误伤细菌自身。当噬菌体侵染时，系统加速 ATP 释放，引发关键结构重排，破坏四聚体界面。两道“保险锁”相继解锁后，效应蛋白解离并恢复高度活性，迅速切割转运 RNA，完成防御。逆转录子（Retron）是细菌中发现的一种由逆转录酶编码的遗传元件，存在于多种细菌基因组中，被认为是原核生物的一种适应性免疫防御系统。该研究团队此前曾系统揭示细菌与噬菌体间的多种防御与反防御机制，相关成果多次发表于《自然》《细胞》等期刊。黄志伟表示，这项研究拓展了人们对病原与宿主相互作用动态原理的认知，为未来开发新型抗菌手段及优化基因编辑技术提供了理论基础与结构依据。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1073/pnas.2610082123