細菌分子靶向病毒DNA
文獻導讀
為了享受美麗的環(huán)境罪针，從蘇格蘭山坡到熱帶叢林中属瓣，我們可能需要抵御常駐害蟲。如果害蟲種類多脑沿，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马僻，細菌可以使用一般防御手段來對抗它們的病毒捕食者庄拇。Kronheim et al曾在nature上報導了一種抗病毒防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保護一種以上的細菌種類韭邓。這些發(fā)現(xiàn)可能對我們理解細菌和病毒如何相互作用產(chǎn)生重大影響措近。
文獻介紹
- 英文標題：Bacterial molecules
target viral DNA - 中文標題：細菌分子靶向病毒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
細菌可以使用特定的基于蛋白質(zhì)的策略來保護單個細胞抵抗病毒。細菌小分子靶向病毒的證據(jù)為細菌如何阻止病毒感染提供了新的見解女淑。
- 感染細菌的病毒被稱為噬菌體瞭郑，它們在塑造細菌進化，種群動態(tài)和生理學中具有關(guān)鍵作用鸭你。噬菌體被認為是地球上最豐富和多樣化的生物實體屈张，當試圖全面了解細菌的世界時，必須考慮它們袱巨。大多數(shù)細菌會產(chǎn)生大量多樣的代謝物（代謝的小分子產(chǎn)物）阁谆，可以為其自身提供廣泛的保護來抵御來自真菌和其他類型細菌的攻擊。相比之下愉老，細菌中大多數(shù)廣為人知的抗噬菌體防御涉及==蛋白質(zhì)==场绿，這些蛋白質(zhì)通常只在制造蛋白質(zhì)的單個細胞的水平上提供保護，而不是為細菌群體提供保護嫉入。==一種常見細菌防御是修飾微生物細胞表面以防止噬菌體附著==焰盗。==另一種被稱為 CRISPR-Cas 防御系統(tǒng)的策略, 取決于被感染的細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)==咒林。一些細菌采取的方法是在其 DNA 中加入甲基熬拒，并降解所有未甲基化的DNA，也即是外源的DNA映九。
- 細菌中的廣譜抗病毒防御機制確實發(fā)生梦湘，但并不為人所知。例如，細菌可以從外膜上脫落囊泡來清除噬菌體捌议。細菌和噬菌體共同進化了大約39億年哼拔，因此推測非特異性機制可能在細菌防御中起關(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噬菌體感染模式細菌 -大腸桿菌的能力瓣颅，來研究細菌如何靶向噬菌體倦逐。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）宫补。在 這11 種分子中檬姥，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粉怕，它們被用作抗癌藥物健民。這些分子靶向癌細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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鏈霉菌屬的細菌是多種代謝產(chǎn)物生產(chǎn)者和眾多抗生素的來源贫贝。 Kronheim及其同事提供了一個重要的證明秉犹，即鏈霉菌屬物種能夠產(chǎn)生柔紅霉素和阿霉素，揭示了細菌能夠制造它們自己的基于代謝物的抗噬菌體系統(tǒng)稚晚。作者表明崇堵，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菌客燕，而另一些則阻止一系列噬菌體感染鸳劳。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也搓，但不影響細菌生長赏廓，這表明細菌 DNA 不易受到阻礙噬菌體感染的分子的干擾。Kronheim的研究結(jié)果表明还绘，鏈霉菌釋放蒽環(huán)類抗生素楚昭，可以擴散出細菌細胞進入外部環(huán)境栖袋，進入鄰近的細菌細胞拍顷，并抑制噬菌體感染（圖 1）。
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Figure1|細菌防御方法：利用分子靶向病毒 DNA
A：在噬菌體病毒感染細菌的早期階段塘幅，線性病毒 DNA（紅色）變得環(huán)化昔案。
B：Kronheim 報道來自鏈霉菌屬的細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）电媳，可以嵌入DNA中踏揣。這些插入分子似乎影響病毒而不是細菌DNA。作者的研究結(jié)果表明匾乓，這些分子阻斷了病毒感染的早期階段捞稿，這可能是病毒 DNA 變得環(huán)化的步驟。Kronheim 及其同事報告的實驗結(jié)果與這種模型一致，在該模型中娱局，一種鏈霉菌 (Streptomyces peucetius) 培養(yǎng)基中的阿霉素可以進入鏈霉菌 (Streptomyces coelicolor) 并保護它們免受噬菌體感染彰亥。這揭示了一種廣譜防御機制，可以為來自多個物種的細菌群體提供抗病毒保護衰齐。
- Kronheim 及其同事發(fā)現(xiàn)的細菌防御機制與大多數(shù)已知的細菌抗病毒機制在兩個方面形成對比任斋。首先，細菌使用代謝物而不是蛋白質(zhì)進行防御耻涛。其次废酷，該機制不僅保護產(chǎn)生抗噬菌體分子的細胞，而且保護相同甚至不同細菌種類的相鄰細菌細胞抹缕。這提示了一種基于廣譜代謝物的防御系統(tǒng)澈蟆。
通過將噬菌體防御的概念從單個細胞擴展到大眾，Kronheim 及其同事研究表明卓研，噬菌體防御不像以前認為的那樣針對特定的噬菌體丰介。他們的工作提出了許多問題： 這種機制有多重要，這些代謝產(chǎn)物是如何不斷產(chǎn)生的鉴分，或者僅僅是為了響應(yīng)噬菌體感染而產(chǎn)生的哮幢，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)物的特異性如何志珍？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菌種類提供保護橙垢。
結(jié)語
噬菌體已經(jīng)可以克服大多數(shù)細菌防御，并且可以逃避 CRISPR-Cas 防御伦糯，所以一些噬菌體似乎可能已經(jīng)進化成可以對抗這些細菌防御分子柜某。這種情況應(yīng)該會提供一些有趣的觀點。同時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敛纲，可能導致發(fā)現(xiàn)靶向其它種類噬菌體的抗病毒代謝物喂击，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)揭示了噬菌體和細菌間的相互作用淤翔，在目前的基礎(chǔ)上翰绊，現(xiàn)在可以考慮代謝物從細菌轉(zhuǎn)移到細菌以阻斷噬菌體感染的想法，隨著其他系統(tǒng)的發(fā)展旁壮，有助于揭示這種交流的范圍监嗜，并闡明細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
2.Kronheim, S. et al. Nature https://doi.org/10.1038/
s41586-018-0767-x (2018).
