2025年6月23日，扬州大学焦新安教授团队在国际顶级学术期刊《Nucleic Acids Research》在线发表了题为“Oxidative stress elicited by phage infection induces Staphylococcal type III-A CRISPR-Cas system”（DOI: 10.1093/nar/gkaf541）的研究论文。该研究系统性揭示了金黄色葡萄球菌通过转录因子MgrA感应噬菌体诱导的活性氧（ROS）信号，进而激活CRISPR-Cas系统，实现对噬菌体的有效防御。

CRISPR-Cas系统作为原核生物的一种适应性免疫系统，在抵御外源核酸入侵（如质粒和噬菌体）中发挥关键作用。由于CRISPR-Cas系统的过度表达会引发细菌自我免疫、加重代谢负担，并阻碍细菌从可移动遗传元件中获取有益基因，因而该系统通常保持转录抑制状态，在噬菌体感染时才会被迅速激活。然而，细菌如何感知噬菌体入侵并启动CRISPR-Cas系统的表达机制尚不清楚。 

研究团队发现，噬菌体感染携带III-A型CRISPR-Cas系统的MRSA菌株时，细菌内cas基因的表达显著上调，并伴随内源性活性氧（ROS）的积累，提示ROS可能作为激活CRISPR-Cas系统表达的关键信号分子。 

在前期研究中，团队已成功筛选出与cas基因启动子Pcas直接结合的氧化应激调控因子MgrA（Li et al., 2025, Advanced Science）。该研究进一步结合分子生物学实验和噬菌体感染模型证实，当细菌未受到噬菌体感染时，MgrA通过与Pcas启动子结合抑制cas基因的转录表达，进而避免CRISPR-Cas系统异常激活造成自身免疫。而在噬菌体感染条件下，细菌产生的ROS通过氧化修饰MgrA的Cys12位点，降低其与Pcas启动子的结合能力，解除对cas基因的转录抑制，从而快速激活CRISPR-Cas系统，有效抵御噬菌体的感染。 

同时，该研究打破了“cas1基因仅参与spacer获取”的传统认知，揭示了cas1基因可通过其内部启动子调控III-A型CRISPR-Cas系统的干扰活性，拓展了对CRISPR-Cas系统表达调控机制的认识。该发现不仅为细菌与噬菌体相互作用提供了新的研究视角，也为构建基于ROS信号调控的噬菌体治疗策略提供了理论基础。 

扬州大学生物科学与技术学院博士后李扬和硕士研究生赵昌彬为论文共同第一作者，焦新安教授、李求春教授和丹麦哥本哈根大学Hanne Ingmer教授为论文共同通讯作者。硕士研究生曹颖倩、陈昕海；扬州大学生物科学与技术学院唐苑悦副教授和南方科技大学周晓辉教授参与了部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持。

原文链接：

https://academic.oup.com/nar/article/53/12/gkaf541/8171866