重大发现！微生物可“草船借箭”消灭病毒

北京时间2025年2月21日凌晨，国际顶级期刊Science（《科学》）杂志发表了华中农业大学韩文元教授团队牵头完成的题为“Base-modified nucleotides mediate immune signaling in bacteria”的研究成果。该团队发现了一种以碱基修饰核苷酸为第二信使的细菌抗噬菌体免疫信号通路，称之为“孔明系统”（Kongming），该机制通过“借用”噬菌体自身成分激活免疫反应，为理解微生物与病毒间的生存博弈开辟了新视角。

Science网页截图

“草船借箭”式的防御智慧

在微观世界里，细菌与病毒之间每天都在上演着攻防大战。就像古代战场上的谋略家，细菌进化出了多种防御手段。研究团队通过基因分析，发现了细菌拥有三个关键蛋白质，即腺苷脱氨酶（KomA）、HAM1样非典型嘌呤NTP焦磷酸酶（KomB）和含SIR2样结构域的蛋白（KomC），它们组成了一套防御体系。当病毒入侵时，其携带的脱氧核苷酸激酶（DNK）意外成为激活这套系统的“开关”。

“‘孔明系统’的孔明A（KomA）相当于是一个传令兵，在噬菌体的一个酶（DNK）的帮助下产生信号分子（dITP），孔明B（KomB）和C（KomC）就相当于是战士，接受到了信号，开始消耗细胞内的能量分子，消耗之后，细菌就会死掉，病毒它也不能够生存。”华中农业大学韩文元教授表示。

韩文元教授通过古代战场的比喻告诉我们其中奥秘，尽管被入侵的细菌死了，但周围的细菌却得到了保护，这是自我牺牲的防御机制。他表示最精妙的是，整个过程完全借用了病毒自身携带的“工具包”，就像三国时期诸葛亮巧用草船获得敌军箭矢的智谋，因此得名“孔明系统”。

面对细菌的“绝地反击”，噬菌体也进化出对抗策略。以T5噬菌体为例，其分泌的Dmp酶可精准降解“孔明系统”的启动原料dAMP，使免疫信号无法传递。这种“矛与盾”的较量揭示了微生物世界生存竞争的全新维度——核苷酸代谢战。

免疫信号传递领域的重大突破

生物体内的信号传递如同精密的通信网络，而核苷酸分子长期被认为是关键的“信号兵”。自1950年代发现环状核苷酸（如cAMP、cGMP）以来，科学家已解析了其在代谢调节、免疫应答中的核心作用，相关研究多次获得诺贝尔奖。近年研究更发现，细菌利用环状核苷酸抵御噬菌体（感染细菌的病毒）的机制与人类免疫系统存在进化关联。

本研究发现的“孔明系统”，通过独特的碱基修饰合成非典型核苷酸（non-canonical nucleotides）作为第二信使，突破了这一经典理论体系。

突破局限前景可期

这项发现不仅让人类更深入了解微生物的生存智慧，更具有重要应用前景。科学家发现，这种防御系统广泛存在于多种细菌中，其模块化结构（核心KomB-KomC搭配可变KomA）提示自然界可能存在更多未知的核苷酸信号系统。

“核苷酸它会被孔明B（KomB）和孔明C（KomC）结合，会触发一种反应，我们可以通过控制反应让它去产生荧光，在这种情况下荧光强度就能够对应核苷酸的量。”华中农业大学韩文元教授表示。

其特异性识别dITP的特性更具备医学应用潜力：未来或可开发便携式核苷酸检测工具，助力遗传代谢病（如ADA缺乏症）诊断及抗癌药物疗效监测，突破现有检测技术依赖大型仪器的局限。

（长江云新闻记者 汪佳睿 唐清辉 通讯员 晏华华）