細(xì)菌分子靶向病毒DNA
文獻(xiàn)導(dǎo)讀
為了享受美麗的環(huán)境，從蘇格蘭山坡到熱帶叢林中，我們可能需要抵御常駐害蟲。如果害蟲種類多，最好采取廣譜防御策略（如噴灑驅(qū)蟲劑）。除了擁有大量針對特定病毒的更具體的防御之外，細(xì)菌可以使用一般防御手段來對抗它們的病毒捕食者。Kronheim et al曾在nature上報(bào)導(dǎo)了一種抗病毒防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保護(hù)一種以上的細(xì)菌種類。這些發(fā)現(xiàn)可能對我們理解細(xì)菌和病毒如何相互作用產(chǎn)生重大影響。
文獻(xiàn)介紹
- 英文標(biāo)題：Bacterial molecules
target viral DNA - 中文標(biāo)題：細(xì)菌分子靶向病毒DNA
- IF:41.577
- 年份：05 DECEMBER 2018
- 期刊：Nature
- 第一作者：MARTHA R. J. CLOKIE
- 通訊地址：Department of
Genetics and Genome Biology, University of
Leicester, Leicester LE1 7RH, UK. - e-mail: mrjc1@le.ac.uk
- Doi：https://doi.org/10.1038/d41586-018-07576-7
文章內(nèi)容
細(xì)菌可以使用特定的基于蛋白質(zhì)的策略來保護(hù)單個細(xì)胞抵抗病毒。細(xì)菌小分子靶向病毒的證據(jù)為細(xì)菌如何阻止病毒感染提供了新的見解。
- 感染細(xì)菌的病毒被稱為噬菌體，它們在塑造細(xì)菌進(jìn)化，種群動態(tài)和生理學(xué)中具有關(guān)鍵作用。噬菌體被認(rèn)為是地球上最豐富和多樣化的生物實(shí)體，當(dāng)試圖全面了解細(xì)菌的世界時(shí)，必須考慮它們。大多數(shù)細(xì)菌會產(chǎn)生大量多樣的代謝物（代謝的小分子產(chǎn)物），可以為其自身提供廣泛的保護(hù)來抵御來自真菌和其他類型細(xì)菌的攻擊。相比之下，細(xì)菌中大多數(shù)廣為人知的抗噬菌體防御涉及==蛋白質(zhì)==，這些蛋白質(zhì)通常只在制造蛋白質(zhì)的單個細(xì)胞的水平上提供保護(hù)，而不是為細(xì)菌群體提供保護(hù)。==一種常見細(xì)菌防御是修飾微生物細(xì)胞表面以防止噬菌體附著==。==另一種被稱為 CRISPR-Cas 防御系統(tǒng)的策略, 取決于被感染的細(xì)菌識別并捕獲病毒基因組中的序列，并利用這些序列引發(fā)一種殺死含有捕獲序列拷貝的病毒的反應(yīng)==。一些細(xì)菌采取的方法是在其 DNA 中加入甲基，并降解所有未甲基化的DNA，也即是外源的DNA。
- 細(xì)菌中的廣譜抗病毒防御機(jī)制確實(shí)發(fā)生，但并不為人所知。例如，細(xì)菌可以從外膜上脫落囊泡來清除噬菌體。細(xì)菌和噬菌體共同進(jìn)化了大約39億年，因此推測非特異性機(jī)制可能在細(xì)菌防御中起關(guān)鍵作用似乎是合理的。Kronheim 及其同事通過測試藥物庫中總共 4,960個分子阻止一種λ噬菌體感染模式細(xì)菌 -大腸桿菌的能力，來研究細(xì)菌如何靶向噬菌體。發(fā)現(xiàn)了 11種分子可以成功限制噬菌體感染，其中 9 種可以嵌入 DNA 內(nèi)（被稱為 DNA 嵌入劑）。在 這11 種分子中，有 4種屬于蒽環(huán)類。這些包括天然存在的化合物柔紅霉素和阿霉素，它們被用作抗癌藥物。這些分子靶向癌細(xì)胞和噬菌體的雙重能力促使我們思考：它們是否通過識別修飾的 DNA 發(fā)揮作用。
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鏈霉菌屬的細(xì)菌是多種代謝產(chǎn)物生產(chǎn)者和眾多抗生素的來源。 Kronheim及其同事提供了一個重要的證明，即鏈霉菌屬物種能夠產(chǎn)生柔紅霉素和阿霉素，揭示了細(xì)菌能夠制造它們自己的基于代謝物的抗噬菌體系統(tǒng)。作者表明，鏈霉菌產(chǎn)生許多蒽環(huán)類化合物，其中一些阻止特定噬菌體感染細(xì)菌，而另一些則阻止一系列噬菌體感染。作者測試了鏈霉菌屬的小分子提取物樣品，發(fā)現(xiàn) 30% 的提取物抑制噬菌體感染，但不影響細(xì)菌生長，這表明細(xì)菌 DNA 不易受到阻礙噬菌體感染的分子的干擾。Kronheim的研究結(jié)果表明，鏈霉菌釋放蒽環(huán)類抗生素，可以擴(kuò)散出細(xì)菌細(xì)胞進(jìn)入外部環(huán)境，進(jìn)入鄰近的細(xì)菌細(xì)胞，并抑制噬菌體感染（圖 1）。
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Figure1|細(xì)菌防御方法：利用分子靶向病毒 DNA
A：在噬菌體病毒感染細(xì)菌的早期階段，線性病毒 DNA（紅色）變得環(huán)化。
B：Kronheim 報(bào)道來自鏈霉菌屬的細(xì)菌可以制造出阻斷一種成功的病毒感染的分子。他們用這種性質(zhì)鑒定的分子（如阿霉素），可以嵌入DNA中。這些插入分子似乎影響病毒而不是細(xì)菌DNA。作者的研究結(jié)果表明，這些分子阻斷了病毒感染的早期階段，這可能是病毒 DNA 變得環(huán)化的步驟。Kronheim 及其同事報(bào)告的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與這種模型一致，在該模型中，一種鏈霉菌 (Streptomyces peucetius) 培養(yǎng)基中的阿霉素可以進(jìn)入鏈霉菌 (Streptomyces coelicolor) 并保護(hù)它們免受噬菌體感染。這揭示了一種廣譜防御機(jī)制，可以為來自多個物種的細(xì)菌群體提供抗病毒保護(hù)。
- Kronheim 及其同事發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌防御機(jī)制與大多數(shù)已知的細(xì)菌抗病毒機(jī)制在兩個方面形成對比。首先，細(xì)菌使用代謝物而不是蛋白質(zhì)進(jìn)行防御。其次，該機(jī)制不僅保護(hù)產(chǎn)生抗噬菌體分子的細(xì)胞，而且保護(hù)相同甚至不同細(xì)菌種類的相鄰細(xì)菌細(xì)胞。這提示了一種基于廣譜代謝物的防御系統(tǒng)。
通過將噬菌體防御的概念從單個細(xì)胞擴(kuò)展到大眾，Kronheim 及其同事研究表明，噬菌體防御不像以前認(rèn)為的那樣針對特定的噬菌體。他們的工作提出了許多問題： 這種機(jī)制有多重要，這些代謝產(chǎn)物是如何不斷產(chǎn)生的，或者僅僅是為了響應(yīng)噬菌體感染而產(chǎn)生的，有多少種不同類型的代謝產(chǎn)物能夠靶向噬菌體，代謝產(chǎn)物的特異性如何？作用方式是什么以及這些分子在多大程度上可以跨不同的細(xì)菌種類提供保護(hù)。
結(jié)語
噬菌體已經(jīng)可以克服大多數(shù)細(xì)菌防御，并且可以逃避 CRISPR-Cas 防御，所以一些噬菌體似乎可能已經(jīng)進(jìn)化成可以對抗這些細(xì)菌防御分子。這種情況應(yīng)該會提供一些有趣的觀點(diǎn)。同時(shí)殺噬菌體劑的概念很可能會引發(fā)對其他類型的抗噬菌體代謝物的搜索，可能導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)靶向其它種類噬菌體的抗病毒代謝物，例如那些具有以RNA 而不是 DNA 形式存在的遺傳信息。
未來展望
越來越多的證據(jù)揭示了噬菌體和細(xì)菌間的相互作用，在目前的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在可以考慮代謝物從細(xì)菌轉(zhuǎn)移到細(xì)菌以阻斷噬菌體感染的想法，隨著其他系統(tǒng)的發(fā)展，有助于揭示這種交流的范圍，并闡明細(xì)菌及其病毒捕食者是如何塑造我們生活的世界！
原文鏈接和參考文獻(xiàn)
2.Kronheim, S. et al. Nature https://doi.org/10.1038/
s41586-018-0767-x (2018).
