地球上没有生物可以免受威胁——包括细菌 。被称为噬菌体的掠食性病毒是它们最恐怖的仇人之一，它们渗透到它们的细胞中举行复制并接受 。细菌已经进化出了一系列对抗这些熏染的战略，但它们怎样首先发明其中的入侵者一直是个谜 。
现在，洛克菲勒大学细菌学实验室的研究职员发明，细菌通过一种名为CBASS的防御反应来感知噬菌体，这种反应可以检测病毒RNA，有朝一日，这一发明可能有助于对抗抗生素耐药性的威胁 。他们在《Nature》杂志上揭晓了研究效果 。
该实验室的认真人Luciano Marraffini说：“多年来，CBASS是怎样被噬菌体熏染激活的，这在sunbet领域一直是一个很大的未知数 。到现在为止，还没有人知道是什么触发了细菌启动CBASS免疫反应 。”
跨越遥远领域的支属
从真核生物（具有膜团结核的生物），如哺乳动物、植物和真菌，到原核生物（没有膜的生物），如细菌和古细菌，一些焦点的免疫功效在遥远的生命领域是共享的 。这些免疫反应一定是在生命泛起的早期就进化出来的 。
一个守旧的特征是病毒的感知机制，它依赖于一种称为环化酶的特殊酶 。在动物中，它被称为cGAS（环GMP-AMP合成酶） 。在细菌中，cgas样环化酶是CBASS（基于环寡核苷酸的抗噬菌体信号系统）免疫反应的焦点因素 。两者都是在已往十年才被发明的 。
“CBASS环化酶被以为是cGAS的古老祖先，”配合第一作者、医学博士 Dalton Banh说 。Marraffini实验室的博士生 。
但也有一些差别 。在受熏染的动物中，cGAS在细胞质中感知病毒DNA，细胞质是困绕细胞核的细胞中的凝胶状液体；在未熏染的生物体中，DNA被限制在细胞核内 。它泛起在其他地方批注出了问题 。
然而，由于细菌没有细胞核，它们必需接纳另一种要领 。若是CBASS仅仅对DNA的保存作出反应，就会导致放纵的自身免疫，或者细菌攻击自己，Banh说 。
“这是一个难题，”他说 。“CBASS环化酶看起来很像cGAS，以是它们必需感知到什么 。但事实是什么？”
RNA搜索者
为了找到谜底，Sean Brady的基因编码小分子实验室的研究职员和他们的相助同伴专注于施莱氏葡萄球菌的CBASS系统，这种细菌常见于狗、猫和其他动物的口腔，在少少数情形下会熏染给人类 。
Marraffini是研究细菌防御系统（主要是CRISPR-Cas）的先驱；由于他的实验室多年来在这项事情中使用了多种葡萄球菌菌株，因此该团队手头上有许多葡萄球菌噬菌体 。Banh筛选了它们被CBASS抑制的能力 。他瞄准了一组被防御系统发明的噬菌体 。Banh说：“这让我们假设，这些敏感的噬菌体在熏染历程中爆发了一些工具，引发了CBASS的激活 。”
接下来，配合第一作者Cameron Roberts，实验室的博士生，仔细测试了细菌或病毒爆发的种种分子，包括DNA, RNA和卵白质 。
实验批注，只有噬菌体熏染历程中爆发的RNA才华引发免疫反应 。“很显着，病毒RNA是在熏染历程中爆发的，” Roberts说 。“因此，CBASS不像cGAS那样感知DNA过失定位，而是感知特定的RNA结构 。这种特异性是惊人的 。”
他们创立了新发明的发夹状分子cabRNA（发音为“cab-R-N-A”或“cabernet”），用于激活cbas噬菌体RNA 。这种分子与环化酶的外貌团结，触发一种叫做cGAMP的信使分子的爆发，这种信使分子可以激活CBASS免疫反应 。
“这是一个很是简朴而优雅的实验，它给了我们要害的发明，”Marraffini说 。
这与人类的类似系统的运作方法也有相似之处 。在检测到病毒DNA后，cGAS还触发cGAMP的爆发，cGAMP诱导免疫系统爆发I型滋扰素 。这种抗病毒信号通路被称为cGAS-STING 。
未来的可能性
在未来的研究中，Roberts将继续剖析cabRNA的特征 。“两个大问题是噬菌体怎样以及为什么爆发cabrna——它的作用是什么？”她说 。“cabRNA怎样与CBASS酶相互作用的细节也不清晰 。因此，解决与cabRNA团结的酶的结构将是一项重大的壮举 。”
不引发CBASS反应的噬菌体可能有一天会在对抗抗微生物细菌方面施展作用 。“现在，我们还不知道哪些噬菌体有cabRNA，哪些噬菌体没有，”Marraffini说，“但若是我们能做到这一点，我们就有可能使用这些噬菌体来攻击细菌，由于它们已经知道怎样避开这种感应机制 。”
期刊：Nature
DOI：10.1038/s41586-023-06743-9
文章问题：Bacterial cGAS senses a viral RNA to initiate immunity
