藏在细菌里的远古病毒，或能帮我们战胜现代感染

研究人员对携带极其古老、无活性病毒的细菌进行了研究，发现这些休眠的“入侵者”仍发挥着保护作用。他们发表在《核酸研究》上的研究结果表明，这种防御系统最终可能有助于设计更强大的抗病毒方法，应用于医学和食品安全领域。

该项目负责人伍德表示：“过去几年，关于细菌抗病毒系统的发现层出不穷。抗生素正在失效，最可能的替代品是病毒本身。然而，在将病毒用作抗生素替代品来治疗人类感染之前，我们必须了解细菌是如何抵御病毒攻击的。”

### 休眠病毒如何帮助细菌反击
伍德称，科学家早就知道，被称为隐性前噬菌体的古老无活性病毒能将其遗传物质插入细菌DNA中。这些基因片段使细菌能够利用特定的酶和蛋白质来阻止称为噬菌体的新病毒感染细胞。

在这项新研究中，宾夕法尼亚州立大学的团队发现，一种名为重组酶（一种能切割并重新连接DNA链的酶）的蛋白质能在病毒威胁时修饰细菌DNA，但前提是基因组中已嵌入前噬菌体。当细胞检测到危险时，这种重组酶就像快速反应的防御者。

该系统中发现的特定重组酶名为PinQ。当病毒接近细菌细胞时，PinQ会引发DNA倒位，即翻转染色体内部的一段遗传密码。这种变化会产生两种由前噬菌体自身DNA组成的“嵌合蛋白”。这些蛋白统称为Stf，它们共同阻止病毒附着在细菌表面并注入其遗传物质。

伍德说：“值得注意的是，这个过程实际上能产生新的嵌合蛋白，特别是来自倒位的DNA——大多数情况下，改变DNA只会导致基因突变，产生无活性的蛋白质。这些倒位和适应是明确的证据，表明这是一个经过数百万年进化的精细调节的抗病毒系统。”

### 对抗生素耐药性和抗病毒研究的意义
伍德解释说，抗生素耐药性感染的威胁日益加剧，部分原因是抗生素的过度使用。病毒可能是更安全的替代品，因为它们靶向特定的细菌菌株而不伤害其他菌株，并与宿主共同进化。了解这种细菌的自然防御机制有助于研究人员利用它开发更精确的治疗方法，减少对抗生素的依赖。

尽管之前在细菌防御区域附近检测到重组酶，但这是首次研究表明它们直接参与病毒防御。伍德说：“这并不是研究人员遗漏了这些酶，而是他们看到了它们，却将其视为病毒基因的单纯标记而忽视了。为了抵御病毒，细菌必须拥有多种不同的防御系统，这只是其中一个例子。”

### 古老防御系统的测试
为了探索这种机制的工作原理，该团队增加了大肠杆菌中Stf蛋白的产量，然后将病毒引入样本。将混合物放置过夜后，他们测量其浊度（即浑浊度），以观察病毒是否成功感染了细菌。溶液越浑浊，剩余的活性病毒就越少。

他们还使用计算机模型模拟病毒附着在细菌表面的过程（称为吸附），并通过与实验室结果比较来确认模拟的准确性。

伍德说：“当我们过量生产这种蛋白时，最初能阻止病毒附着在细胞表面。然而，经过八次实验迭代后，病毒改变了其附着蛋白——即它识别和附着细菌的方式——从而能够绕过这种防御。”

### 对食品和健康的广泛益处
伍德说，这项研究提高了团队对抗病毒系统运作方式的理解，这有助于他们更有效地培养用于发酵奶酪和酸奶等食品的细菌，并改善医疗环境中细菌感染的管理。展望未来，该团队计划继续研究实验室中目前的另外八种前噬菌体的抗病毒应用。

伍德说：“这是一个关于‘化石’（指古老的无活性病毒）如何保护其宿主免受外来者侵害的故事，我们还有10个与‘化石’相关的故事，它们可能提供自己的防御机制，等待测试。”更深入地了解这些病毒与细菌的相互作用，将为我们在生物工程中有效且安全地利用细菌提供难以置信的见解。

其他合著者包括最近获得宾夕法尼亚州立大学化学工程博士学位的乔伊·基里戈、在宾夕法尼亚州立大学进行研究访问的墨西哥国立自治大学化学工程博士生丹尼尔·韦尔加斯-门德斯、墨西哥国立自治大学生物学教授兼韦尔加斯-门德斯导师鲁道夫·加西亚-孔特雷拉斯、拉科鲁尼亚大学医院基因组诊断单元协调员玛丽亚·托马斯以及德克萨斯A&M大学摄政生物学教授迈克尔·J·贝内迪克。该研究得到了生物技术捐赠基金、墨西哥国立自治大学以及科学、人文、技术和创新秘书处的支持。