重磅突破:胞外ATP化身肠道细菌"信号密码"，调控代谢、毒力与抗菌耐药全链条

大肠杆菌Eco8是一种抗噬菌体防御系统，由逆转录酶、3类克服溶源性缺陷(OLD)核酸酶和称为多拷贝单链DNA (msDNA)的DNA-RNA嵌合体组成。遗传和生化数据表明，Eco8介导的抗噬菌体防御是由噬菌体单链DNA (ssDNA)结合蛋白触发的，但其潜在的结构基础仍然未知。

2025年10月30日，浙江大学冯钰、华孝挺共同通讯在Molecular Cell（IF=15）在线发表题为“Molecular mechanism of Eco8-mediated anti-phage defense”的研究论文，该研究揭示了Eco8介导的抗噬菌体防御的分子机制。

研究人员证明了OLD核酸酶的DNA切割和ATP水解活性对于Eco8介导的抗噬菌体防御是至关重要的。还确定了Eco8单独和与T7噬菌体ssDNA结合蛋白复合的冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构。结构分析显示逆转录酶、msDNA和OLD核酸酶形成化学计量比为4:4:4的大复合物。T7噬菌体ssDNA结合蛋白解开msDNA并将Eco8转化为依赖ATP的DNA降解机制。这项研究不仅阐明了Eco8介导的抗噬菌体防御的分子机制，而且验证了msDNA作为噬菌体DNA修饰/结合蛋白的传感器。

由于能够生成单链DNA (ssDNA)，逆转录酶在基因组编辑方面显示出巨大的潜力。然而，在发现逆转录酶可以保护细菌免受噬菌体感染之前，其真正的生物学功能仍然存在争议。尽管所有逆转录酶都包含msDNA和RT，但它们的辅助结构域/蛋白质却有显著的不同，表明了不同的作用机制。根据其辅助结构域/蛋白，逆转录酶可分为13种类型。抗噬菌体防御的结构基础仅针对Eco1(一种II型逆转录酶)得到阐明。Eco1与其辅助蛋白形成细丝，该细丝被噬菌体编码的DNA胞嘧啶甲基转移酶激活。激活后，Eco1耗尽细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)以中止噬菌体感染。

Eco8是一种I型逆转录酶，由RT、ncRNA和克服溶源性缺陷(OLD)核酸酶组成。根据其遗传背景，已记录了三类OLD核酸酶。第1类作为单个基因发挥功能，而第2类和第3类分别是Gabija和Eco8防御系统的组成部分。尽管已经从生物化学和结构上对1类和2类进行了研究，但3类感知噬菌体感染并执行抗噬菌体功能的机制仍然难以捉摸。最近的一项研究表明，噬菌体可以通过噬菌体ssDNA结合蛋白(SSB)的突变来逃避Eco8介导的防御。此外，pulldown试验表明，野生型噬菌体SSB(而非突变型噬菌体SSB)被Eco8 msDNA下拉。尽管这些数据表明msDNA 和SSB蛋白之间存在直接关联，但它们并不能解释OLD核酸酶的作用。

机理模式图（图源自Molecular Cell ）

在这里，研究人员证实了Eco8对多种噬菌体的防御活性，并验证了OLD核酸酶的ATP水解和DNA切割活性。此外，确定了Eco8单独和与T7噬菌体SSB蛋白复合的冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构。结构、生化和遗传分析揭示了Eco8介导的细菌防御的分子机制。该研究首次发现msDNA是细菌免疫系统的感受器，噬菌体SSB蛋白通过破坏msDNA的双螺旋结构激活Eco8的DNA切割活性。由于细菌的SSB蛋白表达受到严格的调控，因此不会异常激活防御系统。最后，研究人员提出msDNA作为噬菌体DNA修饰/结合蛋白的感受器可能具有普适性。

参考信息：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(25)00814-7