在細(xì)菌對抗病毒的持續(xù)斗爭中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌利用的一種新穎而復(fù)雜的防御機(jī)制——一種名為 Cat1 的CARF效應(yīng)蛋白。這種蛋白質(zhì)通過消耗關(guān)鍵代謝物NAD+，能夠有效地阻止病毒在其宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制與傳播。

 

研究背景與發(fā)現(xiàn)

由洛克菲勒大學(xué)和紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心的研究團(tuán)隊合作完成的新研究表明，Cat1 作為CRISPR-Cas系統(tǒng)的一部分，采用了一種獨特的策略來應(yīng)對噬菌體入侵。不同于傳統(tǒng)的Cas酶通過切割外來DNA來提供免疫保護(hù)，Cat1 蛋白則是通過降解NAD+來抑制病毒復(fù)制所需的細(xì)胞活動。

 

Cat1的工作原理

信號識別：當(dāng)細(xì)菌受到病毒感染時，會產(chǎn)生環(huán)四腺苷酸（cA4），這是一種次級信使分子。

激活機(jī)制：cA4 結(jié)合到Cat1上，激活其活性。

代謝凍結(jié)：激活后的Cat1會裂解NAD+，這是一種對細(xì)胞能量代謝至關(guān)重要的輔酶。隨著NAD+水平下降，細(xì)胞進(jìn)入生長停滯狀態(tài)，從而中斷了病毒進(jìn)一步擴(kuò)散的能力。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與獨特性

通過先進(jìn)的低溫電鏡技術(shù)，研究團(tuán)隊詳細(xì)解析了Cat1的三維結(jié)構(gòu)，揭示出它具有高度復(fù)雜的組裝形式。Cat1二聚體在cA4的作用下形成細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)，并且這些細(xì)絲之間能夠相互作用形成復(fù)雜的螺旋束結(jié)構(gòu)，這可能有助于增強其抗病毒效能。

 

此外，與其他III型CRISPR系統(tǒng)不同的是，Cat1似乎能夠在沒有其他輔助因子的情況下獨立發(fā)揮功能，這表明它可能擁有更為直接有效的抗病毒能力。

 

科學(xué)意義與未來方向

這項研究不僅擴(kuò)展了我們對于細(xì)菌免疫系統(tǒng)的認(rèn)識，也為開發(fā)新型抗菌療法提供了潛在思路。研究人員指出，盡管已經(jīng)明確了Cat1的基本功能，但對于其具體的作用機(jī)制以及如何與其他免疫成分協(xié)同工作仍有許多未知之處等待探索。

 

Marraffini教授表示，“我們的研究揭示了CARF效應(yīng)蛋白的巨大潛力，但還有很多細(xì)節(jié)需要解開。”未來的研究將繼續(xù)深入探討這些精妙的分子機(jī)器是如何精確地執(zhí)行它們的防御任務(wù)的。