近日，南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授賈寧的研究團(tuán)隊一周內(nèi)連續(xù)在Science發(fā)表兩篇重量級研究論文，分別揭示了細(xì)菌防御機(jī)制中的關(guān)鍵逆轉(zhuǎn)錄酶（DRTs）和 RNA 介導(dǎo)的CRISPR-Cas抑制因子的全新工作機(jī)制。

DRT9：用長鏈 poly-A富集cDNA抵御噬菌體

2025年5月1日，賈寧團(tuán)隊在Science發(fā)表題為《Bacterial reverse transcriptase synthesizes long poly-A–rich cDNA for antiphage defense》的研究論文，系統(tǒng)闡述了DRT9這一新發(fā)現(xiàn)的防御相關(guān)逆轉(zhuǎn)錄酶如何利用其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對噬菌體的免疫防御。該研究首次揭示了DRT9可以在高濃度dATP的激活下，合成長鏈poly-A富集的單鏈cDNA，這種cDNA能夠與噬菌體T4的單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）直接結(jié)合并將其螯合，從而干擾噬菌體的DNA復(fù)制。

在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，DRT9的抗噬菌體活性高度依賴于其與非編碼 RNA（ncRNA）的相互作用。DRT9與ncRNA組成的復(fù)合物在高濃度dATP 存在下，能夠合成長鏈的poly-A富集的單鏈cDNA，這種cDNA是通過DRT9的保守催化YADD基序?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)ncRNA缺失或YADD基序發(fā)生突變時，DRT9的抗噬菌體活性幾乎完全消失。

冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析顯示，DRT9-ncRNA復(fù)合物以「二聚體的三聚體」形式組裝成穩(wěn)定的六聚體，其中ncRNA通過多個莖環(huán)結(jié)構(gòu)（stem-loops, SLs）與DRT9相互作用，進(jìn)一步穩(wěn)定了六聚體的整體構(gòu)象。這種復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)DRT9抗噬菌體功能的基礎(chǔ)。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，噬菌體可以通過調(diào)控宿主dATP水平來逃避DRT9介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。當(dāng)野生型噬菌體感染時，細(xì)胞內(nèi)dATP水平顯著升高，激活了DRT9系統(tǒng)；然而，當(dāng)噬菌體的NrdB基因突變，導(dǎo)致dATP生成受限時，DRT9的防御機(jī)制失效。這表明噬菌體可以通過調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞內(nèi)dATP水平來規(guī)避 DRT9 介導(dǎo)的免疫。

這項研究不僅揭示了DRT9這一新型防御機(jī)制，還為未來開發(fā)基于DRT9的抗病毒工具提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

RNA結(jié)構(gòu)模擬抑制CRISPR-Cas13活性

除了DRT9研究外，賈寧團(tuán)隊還在2025年4 24日與美國華盛頓大學(xué) Alexander J. Meeske團(tuán)隊合作在 Science上發(fā)表了題為《RNA-mediated CRISPR-Cas13 inhibition through crRNA structural mimicry》的背對背研究，揭示了小RNA抗CRISPR因子（rAcrs）如何通過RNA結(jié)構(gòu)模擬來抑制CRISPR-Cas系統(tǒng)的活性。

這篇論文的研究對象是CRISPR-Cas13系統(tǒng)，這是一類廣泛存在于細(xì)菌中的 RNA 靶向核酸酶系統(tǒng)，能夠通過切割 RNA 實(shí)現(xiàn)對病毒和質(zhì)粒的防御。然而，噬菌體為了逃避這種免疫攻擊，進(jìn)化出了多種Acrs。盡管絕大多數(shù) Acrs 是蛋白質(zhì)，但近年來發(fā)現(xiàn)的rAcrs開辟了一個新的研究方向。

在這一研究中，研究者發(fā)現(xiàn)了一種名為rAcrVIA1的小RNA分子，盡管其序列與CRISPR RNA（crRNA）幾乎沒有相似性，但其空間結(jié)構(gòu)卻與crRNA高度相似。通過冷凍電鏡技術(shù)解析，研究人員揭示了 rAcrVIA1 形成了兩個莖環(huán)結(jié)構(gòu)（SL1 和 SL2），能夠與Cas13結(jié)合并阻止其識別和切割目標(biāo) RNA。

更重要的是，研究還發(fā)現(xiàn)rAcrVIA1的表達(dá)受到其上游orf1基因的調(diào)控。orf1 編碼的蛋白質(zhì)能夠抑制其自身啟動子 Porf1 的活性，當(dāng)orf1基因被敲除或其啟動子Porf1 的-10元件被突變時，rAcrVIA1的表達(dá)顯著下降。這表明orf1通過抑制Porf1的轉(zhuǎn)錄活性，間接調(diào)控 rAcrVIA1的表達(dá)。

這項發(fā)現(xiàn)不僅擴(kuò)展了 rAcrs 的多樣性，還為理解細(xì)菌與噬菌體在免疫與反免疫博弈中的進(jìn)化提供了新的視角。

賈寧簡介

賈寧，南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師。2022年入選《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新 35人”亞太區(qū)榜單，2020年獲得美國布拉瓦尼克區(qū)域青年科學(xué)家化學(xué)獎。2024年成為Journal of Biological Chemistry (JBC) 期刊 Editorial Board 成員。

賈寧于2016年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命學(xué)院獲得博士學(xué)位，2017-2021年在美國紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心從事博士后研究，導(dǎo)師為美國兩院院士Dinshaw J. Patel教授。2021年加入南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，主要研究興趣為微生物與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的分子機(jī)制。近年來以通訊作者身份發(fā)表多篇高水平論文，包括Nature Chemical Biology、Molecular Cell、Nature Communications 和Science等。

編輯、審核：大可

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