噬菌体如何破解细菌的防御系统：以DarTG1毒素-抗毒素系统为例

在细菌与噬菌体的“军备竞赛”中，细菌通过毒素-抗毒素（Toxin-Antitoxin, TA）系统来抵御噬菌体的入侵，而噬菌体则进化出相应的反防御机制。2025年2月13日，《Nature Communications》发表了一篇题为“Phages carry orphan antitoxin-like enzymes to neutralize the DarTG1 toxin-antitoxin defense system”的研究论文，揭示了噬菌体如何通过携带类似抗毒素的酶来中和细菌的DarTG1毒素-抗毒素防御系统。

毒素-抗毒素系统是细菌和古菌中广泛存在的一类基因系统，通常由一个毒素基因和一个抗毒素基因组成。毒素通常会对细菌的生长产生抑制作用，而抗毒素则能够中和毒素的活性。近年来，研究发现某些TA系统能够通过ADP-核糖基化修饰DNA来阻止噬菌体的复制，从而为细菌提供防御功能。

DarTG1系统是其中一种TA系统，其毒素DarT1是一种DNA ADP-核糖基转移酶，能够特异性地修饰单链DNA中的鸟嘌呤，导致DNA无法复制和转录，从而阻止噬菌体的增殖。然而，噬菌体并未坐以待毙，而是进化出了一种新的反防御机制。

研究团队发现，噬菌体T4及其近缘噬菌体携带了一种名为AdfN（Anti-DarT Factor NADAR）的孤儿抗毒素酶，这种酶能够通过其DNA ADP-核糖基糖苷水解酶活性，从DNA上移除由DarT1毒素添加的ADP-核糖基修饰，从而中和DarTG1系统的毒性。

AdfN蛋白属于NADAR超家族，与DarTG1系统中的抗毒素DarG1具有类似的结构和功能。实验表明，AdfN能够高效地移除DNA上的ADP-核糖基修饰，并恢复DNA的正常功能。这种机制使得噬菌体能够在DarTG1系统的防御下继续复制和增殖。

这项研究不仅揭示了噬菌体如何通过酶活性来中和细菌的毒素-抗毒素系统，还为理解噬菌体与细菌之间的进化动态提供了新的视角。AdfN的发现表明，噬菌体可能从细菌或古菌中独立获取了NADAR超家族蛋白，并将其转化为反防御工具。

此外，这项研究还提示了ADP-核糖基化在噬菌体与细菌相互作用中的重要性。未来的研究可能进一步探索这种机制在其他噬菌体防御系统中的应用，以及其在跨生命域进化中的保守性。

参考文献：doi: 10.1038/s41467-025-56887-7