噬菌体的秘密武器：用‘自己的tRNA’破解细菌免疫防线！

本研究发现，噬菌体能够通过表达特定的tRNA来逃避细菌的抗病毒免疫系统，尤其是retron-Eco7和PrrC170这类靶向tRNA的防御机制。retron-Eco7是一种由逆转录酶、非编码RNA和效应蛋白PtuAB组成的毒素-抗毒素系统，其防御机制依赖于PtuAB蛋白对宿主tRNATyr的降解，从而抑制细菌生长，阻断噬菌体的复制过程。然而，T5样噬菌体在其基因组中含有一段tRNA富集区域（TRR），其中包含一个高表达的tRNATyr基因，该基因的表达能够有效补充宿主tRNATyr的缺失，使噬菌体得以逃避retron-Eco7的杀伤。

研究表明，噬菌体tRNA的功能性表达依赖于其启动子的强度。噬菌体tRNATyr的启动子活性远高于细菌内源tRNA启动子，使得噬菌体能够在感染过程中大量表达自身tRNA，从而有效中和宿主免疫系统的攻击。此外，tRNA的二级结构、反密码子序列等结构特征对其免疫逃逸功能也至关重要，突变这些关键结构会削弱其保护作用。

图1 与逆转录病毒逃避有关的噬菌体基因的鉴定

进一步研究还发现，类似机制也适用于其他防御系统。例如，PrrC170系统通过降解tRNALys来抵抗噬菌体感染，而噬菌体则可以通过表达自身的tRNALys来逃避该系统。尽管实验中所用的tRNALys来源于不同属的噬菌体，但均能显著恢复噬菌体的感染能力，表明tRNA补充策略在噬菌体中具有普适性和跨种属的适用性。

该研究首次系统揭示了噬菌体tRNA在免疫逃逸中的关键作用，突破了传统认为噬菌体tRNA仅用于“密码子补偿”的观点。研究发现，tRNA不仅是噬菌体适应宿主翻译系统的工具，更是其对抗宿主防御系统的重要武器。噬菌体通过高表达功能性tRNA，绕过宿主对其tRNA的降解，从而确保感染过程的顺利进行。这一机制在T5样噬菌体中尤为显著，可能是其具有广谱宿主范围的重要原因之一。

此外，研究还指出，不同retron系统中PtuAB蛋白的作用靶点存在差异。例如，retron-Eco4的PtuAB虽能诱导细菌生长停滞，但并不靶向tRNA，提示即便是同一类防御系统，其分子机制也可能存在多样性。这种差异性为理解细菌免疫系统的复杂性提供了新的视角。

综上所述，本文揭示了噬菌体通过表达自身tRNA逃避宿主防御系统的新机制，强调了tRNA在噬菌体与宿主互作中的战略地位。该发现不仅深化了对噬菌体免疫逃逸策略的理解，也为未来开发抗噬菌体治疗手段提供了潜在靶点和理论依据。

来源： 10.1038/s41467-024-53789-y