细菌 Schlafen 蛋白介导噬菌体防御

隐藏在细菌中的古老病毒战士

病毒不仅会使人类生病；它们也攻击细菌——这些塑造我们环境和身体的微观作业者。本研究揭示了一个令人惊讶的联系：人类细胞与细菌抵御病毒入侵的方式之间存在相似性。研究者表明，一类名为 Schlafen 的蛋白——已知在人类中能阻止病毒生长——在细菌中也发挥类似的防御作用，这提示了一种保存了数十亿年的免疫策略。

在生命中发现共享的工具

科学家最初在哺乳动物中发现了 Schlafen 蛋白，其中部分家族成员通过切割转运 RNA（tRNA）——构建蛋白质所必需的小分子——来关闭病毒复制。团队想知道更简单的生物是否也可能使用相关蛋白以类似方式防御。通过扫描数千个细菌和古菌基因组，他们鉴定出近 6000 个“原核 Schlafen”蛋白，这些蛋白与人类 Schlafen 共享相同的核心化学特征。许多这些基因位于富含已知免疫功能的 DNA 区域，提示它们也属于细菌的防御库。

这些细菌 Schlafen 很少单独起作用。几乎在每个例子中，核心 Schlafen 单元都与另一个看起来像传感器的结构域融合，能够识别感染的迹象。作者记录了 55 种不同的结构域组合，从类酶片段到类似抗体折叠的部分。这种拼接结构暗示出一种模块化系统：一个共享的“攻击”核心被反复使用，配对以各种“警报”模块来监听不同的病毒线索。

将细菌 Schlafen 置于实测

为将预测转为实证，研究者将来自不同细菌的七套 Schlafen 系统移植到实验室株大肠杆菌中，并将这些细胞暴露于一组噬菌体——攻击细菌的病毒。两套系统明确保护了细胞，各自阻止了不同子集的噬菌体。其中一套特别有趣，被命名为 RorSlfn5，来源于类鼻疽杆菌（Raoultella ornithinolytica），其尾端带有先前未被描述的免疫球蛋白样（Ig-like）结构域。该附加结构域类似于抗体分子和动物其他细胞表面传感器中的折叠，提示它可能作为一种病毒检测器发挥作用。

作为警报铃的尾部蛋白

团队聚焦于 RorSlfn5 如何防御被广泛研究的 T5 噬菌体。在噬菌体量低时，携带 RorSlfn5 的大肠杆菌能在感染中存活下来，而未受保护的细胞则被消灭。在高病毒剂量下，防御细胞仍然死亡，但它们产生的新噬菌体数量显著减少，这意味着病毒的繁殖能力被严重削弱而非完全中断。通过分离能在防御存在下仍能生长的罕见“逃逸”噬菌体并测序其基因组，研究者将问题追溯到单一的病毒蛋白：帮助组装噬菌体尾部的尾部组装伴侣蛋白。该尾部蛋白的突变使病毒能够逃过 RorSlfn5 的防御。

为证明该尾部成分就是触发器，科学家强迫大肠杆菌在没有感染时也表达该尾部蛋白。当 RorSlfn5 存在并活性时，细胞停止生长；当其催化核心被破坏时，细胞保持健康。他们还显示 Ig-like 结构域决定了识别哪些尾部蛋白：在相关 Schlafen 蛋白之间交换该结构域会转移它们对噬菌体的偏好，就像在同一台收音机上更换天线一样。

切断信息以阻止病毒

尾部蛋白触发开关后会发生什么？作者发现 RorSlfn5 不会损伤 DNA 或触发经典的细菌应激反应。相反，它充当一种高度特异的 RNA 剪切酶。通过生化测定和高分辨率 RNA 测序，他们显示一旦被激活，RorSlfn5 会在名为反密码子臂的关键区域切割细菌和病毒的 tRNA，该区域在蛋白质合成时读取遗传密码所必需。在受感染的细胞中，特定 tRNA 的碎片——包括由 T5 噬菌体自身编码的一种——堆积，而完整形式则减少。在体外反应中，纯化的 RorSlfn5 和尾部蛋白共同在依赖锰（manganese）的反应中切割合成 tRNA，这与人类 Schlafen 酶的行为相对应。这种针对性的破坏蛋白质合成机械的行为使噬菌体缺乏组装新颗粒所需的资源。

穿越深远时代的共同免疫策略

这项工作揭示了 Schlafen 蛋白构成了一层古老且保守的抗病毒防御。在细菌和人类中，Schlafen 核心都等待附加传感结构域检测到病毒信号，然后通过切割 tRNA 削弱病毒复制。细菌通过将 Schlafen 与多种不同的传感器类型融合来多样化这一基本蓝图，每种传感器针对自身的病毒线索，例如 T5 类噬菌体的尾部组装伴侣。这一发现不仅加深了我们对微生物如何抵抗其病毒的理解，还暗示我们自身先天免疫的关键特征可以追溯到动物出现之前就已发明的分子工具。

引用: Perez Taboada, V., Wu, Y., Cassidy, R. et al. Bacterial Schlafen proteins mediate phage defence. Nat Microbiol 11, 1037–1048 (2026). https://doi.org/10.1038/s41564-026-02277-8

关键词: 噬菌体免疫, tRNA 裂解, Schlafen 蛋白, 细菌抗病毒防御, 先天免疫的进化