Zorya防御系统：细菌对抗噬菌体的新型武器

在微生物的微观世界中，细菌与噬菌体之间的斗争始终处于动态平衡状态。噬菌体是一类专门感染细菌的病毒，通过将自己的基因组注入细胞内并利用细菌的生物合成机制进行复制，最终导致细菌裂解死亡。为了应对噬菌体的侵袭，细菌进化出了多种多样的免疫机制，例如限制修饰系统（RM）和CRISPR-Cas系统等。近年来，科学家们发现了一种新型的细菌免疫系统——Zorya系统，这一系统为细菌提供了一种全新的抗噬菌体防御策略。

Zorya防御系统的结构与组成

Zorya防御系统广泛存在于细菌中，并已被识别出至少三种亚型。特别是Zorya I和Zorya II是研究的重点。该系统的核心组成包括ZorA和ZorB，这两个蛋白质分别与细菌鞭毛马达的MotA和MotB亚基有着远缘的进化关系。ZorA和ZorB可以在细胞内组装成一个5:2的复合物，即五个ZorA分子与两个ZorB分子相结合，形成一种类似于鞭毛旋转马达的结构。这种结构不仅与细菌鞭毛的旋转机制类似，还与IX型分泌系统、滑动运动和Ton系统等具有相似的功能。

此外，Zorya I系统还包含两个可溶性亚基——ZorC和ZorD，其中ZorD含有一个典型的DEAD-box解旋酶结构域。ZorA的C端通过形成一个约70纳米长的α-螺旋杆状结构，延伸至细胞质中，而ZorB的周质结构域则与细菌的肽聚糖层相互作用，发挥重要的功能。

Zorya防御系统的抗噬菌体机制

Zorya防御系统的工作机制在噬菌体侵染时被激活。在未遭受噬菌体感染时，Zorya系统保持静止状态，ZorB不与细胞的肽聚糖层结合。若噬菌体侵染细菌并引起肽聚糖层的压力变化或损伤，ZorB的肽聚糖结合域便会感知这一变化并触发ZorAB复合物的构象变化，进而开启细胞内的离子通道。这一过程促使ZorA相对于ZorB发生旋转，改变其结构，使得ZorA的杆状结构能够在细胞质中发生构象变化，进而招募其他核酸酶复合物，如ZorCD和ZorE。

这一过程的关键作用是ZorA和ZorB的动态相互作用，通过离子流的变化和复合物的组装，增强局部区域核酸酶活性，从而有效降解噬菌体DNA，抑制噬菌体的复制与扩散。

在Zorya II系统中，ZorE是关键的效应模块，具有切口酶活性。噬菌体感染时，ZorAB II复合物将ZorE招募至细胞膜上，增加ZorE的局部浓度，使其能够对噬菌体DNA产生单链或双链断裂，抑制噬菌体的复制过程。未受感染时，ZorE主要存在于细胞质内，且对DNA的靶向活性较低，这表明ZorE膜结合的过程是由噬菌体侵染所特异性触发的。

Zorya防御系统的独特优势与意义

Zorya防御系统为细菌提供了一种全新的防御武器，其独特之处在于其将细菌本身鞭毛马达的保守元件转变为一个专门抵抗噬菌体的模块化防御系统。这一进化创新展示了细菌在不断适应环境挑战时的灵活性和多样性。此外，Zorya系统通过离子流调节、蛋白质复合物的动态组装以及核酸酶的活化，提供了一种复杂但高效的抗噬菌体机制，为未来抗菌策略的开发提供了新的视角和可能性。

尽管当前的研究已揭示了Zorya防御系统的部分关键机制，但仍存在一些研究挑战。例如，目前尚无法在体内直接观察到ZorB与肽聚糖结合的过程，导致对Zorya系统激活机制的验证存在困难。未来，随着高分辨率成像技术、基因编辑技术等先进技术的不断进步，科学家们有望进一步深入解析Zorya系统的精细结构与功能，探索其与其他细菌免疫系统之间的协同作用。

参考文献：doi: 10.1038/s41467-025-57397-2