Nature：一种极简的细菌防御机制

“我们的免疫系统和细菌免疫系统之间有很多相似之处，” 该研究的共同资深作者、泰默蒂医学院生物化学教授Karen Maxwell说。

多伦多大学的研究人员发现了一种能够感知和对抗病毒感染的新蛋白质，从而加深了我们对细菌免疫的理解。

在今天发表于 《自然》杂志上的这项新研究中，多伦多大学泰默蒂医学院的研究人员描述了一种名为 Rip1 的蛋白质如何识别噬菌体（感染细菌的病毒），并导致受感染的细菌过早死亡，从而终止传播链。

“我们的免疫系统和细菌免疫系统之间有很多相似之处，” 该研究的共同资深作者、泰默蒂医学院生物化学教授Karen Maxwell说。

她的研究重点是了解细菌如何保护自己免受噬菌体侵害以及噬菌体如何克服这些防御，其长期目标是利用这些信息开发安全有效的噬菌体疗法。

作为Maxwell实验室的博士生， Pramalkumar Pate发现了隐藏在原噬菌体中的Rip1基因。原噬菌体是一种已将其遗传信息整合到宿主细菌基因组中的噬菌体。原噬菌体基因通常会赋予宿主额外的生存优势，例如增强其致病能力和保护其免受其他噬菌体的侵害。 

研究人员最初发现Rip1蛋白能够保护细菌免受某些噬菌体的侵害，随后深入研究了该蛋白的作用机制。他们发现，Rip1蛋白会导致细菌细胞在破裂前从细长的药丸状转变为球形。他们还发现，Rip1蛋白可以与两种不同的噬菌体蛋白结合，这两种蛋白都参与了新病毒的构建。

“生物学数据都表明 Rip1 会在细菌膜上打孔，但我们想从结构上研究一下，看看这是否真的是它的作用机制。” 

她和Pate带着数据和蛋白质样本来到走廊尽头的Michael Norris办公室，Norris是一位研究病毒组装的生物化学助理教授兼结构生物学家。研究人员共同使用了一种名为冷冻电镜（cryo-EM）的技术，来观察Rip1的结构及其功能。

Norris解释说，冷冻电镜的工作原理是从多个可能的角度拍摄蛋白质或蛋白质组的快照，使研究人员能够以接近原子分辨率重建结构。 

他们的研究表明，在没有噬菌体感染的情况下，Rip1蛋白以无活性的二聚体形式存在。在感染过程中，Rip1识别其噬菌体蛋白靶标的环状结构，并以此为模板形成自身的Rip1环，然后插入细菌内膜。 

“它是由两个叠在一起的环组成的，中间有一条通道，可以让细菌细胞内部的物质泄漏出来，从而杀死细胞。” 

根据他们的研究结果，研究人员得出结论：Rip1 通过两种方式提供抗噬菌体防御——首先，它像海绵一样吸收制造更多病毒所需的关键噬菌体蛋白；其次，它在细菌内膜上打孔，并在感染的噬菌体完成其后代制造之前杀死细菌。

Maxwell表示，Rip1的独特之处在于它将噬菌体感知和防御功能整合到了一个小型蛋白质中。在大多数免疫系统中（包括我们自身的免疫系统），首先检测微生物入侵，然后将其清除的任务由不同的蛋白质分别承担，其中一些蛋白质的功能类似于复杂的细胞机器。

“噬菌体极其复杂，”Norris说道，他的研究重点是致命的 RNA 病毒（如麻疹病毒、尼帕病毒和埃博拉病毒）的结构和组装。

“它们在非常小的基因组中蕴含了巨大的功能多样性，而 Rip1 则表明细菌已经进化出同样紧凑的响应方式。”

参考文献

A pore-forming antiphage defence is activated by oligomeric phage proteins