细菌防御系统协同作用增强抗噬菌体能力

期刊及年份：Cell Host Microbe

通讯作者：Franklin Nobrega，主要从事噬菌体的防御机制及抗生素对噬菌体与细菌的作用机制。

https:// doi: 10.1016/j.chom.2024.01.015

摘要：细菌对噬菌体捕食的防御涉及不同的防御系统，但它们之间的相互作用仍然知之甚少。我们调查了42,925个细菌基因组中的100多个防御系统，并确定了它们非随机共发生和负相关的许多实例。对于大肠杆菌菌株中显著共存的几对防御系统，我们证明了协同抗噬菌体活性。值得注意的是，Zorya II与Druantia III和ieta防御系统协同作用，而tmn与共同发生的系统Gabija， Septu I和PrrC表现出协同作用。对于Gabija， tmn采用感觉开关atp酶结构域，增强抗噬菌体活性。一些在大肠杆菌中呈负相关的防御系统对显示出协同作用，并在其他分类群中显著共存，这表明细菌免疫谱在很大程度上是由对宿主特异性噬菌体的抗性选择而不是负上位性决定的。总的来说，这些发现证明了防御系统之间的兼容性和协同作用，允许细菌采用灵活的噬菌体防御策略。

图1 不同防御系统之间的协同作用

主要内容：

1.     不同防御系统的共存与协同作用

研究发现，在大肠杆菌中，117对防御系统显著共存，且一些共存的防御系统能够协同作用以提高对噬菌体的防御能力。例如，Zorya II与Druantia III及ietAS共存时展现出了协同防御活性，而tmn与Gabija、Septu I和PrrC共存时也表现出协同增强的抗噬菌体活性。

2、防御系统的协同机制

在一些情况下，活跃的防御系统能够借助非活跃系统的功能域来增强防御效能。特别地，tmn能够利用Gabija中的感应开关ATPase域实现协同作用

3、防御系统对细菌种群的进化优势

通过短期进化实验表明，具有协同防御系统的细菌种群在面对噬菌体攻击时，能更有效地提升生存率和适应性，显示出协同防御系统在细菌种群进化中的重要作用。

4、防御系统的共存在不同细菌类群中的保守性

尽研究扩展到其他细菌类群（如Bacillales、Burkholderiales、Enterobacterales和Pseudomonadales），发现防御系统共存的模式在不同的细菌类群中并不是一致的，这暗示了环境和遗传因素对防御系统共存模式的影响。

图2 防御系统对提供协同抗噬菌体活性型

总结：本研究揭示了细菌防御系统之间存在广泛的协同活性，这种协同不仅增强了细菌对噬菌体的防御能力，而且为细菌提供了进化上的优势。这些发现为理解细菌防御机制提供了新的视角，并可能对开发新型抗菌策略具有重要意义。