每當(dāng)我們撥打電話、發(fā)送短信或觀看視頻時(shí)，手機(jī)電池中儲(chǔ)存的部分能量就會(huì)耗盡?；罴?xì)胞也以“貨幣”的形式儲(chǔ)存能量，以便在需要時(shí)兌現(xiàn)，為生命過(guò)程提供動(dòng)力。地球上所有生物的主要能量貨幣是一種名為三磷酸腺苷（ATP）的分子。

盡管用 ATP 分子給細(xì)胞儲(chǔ)存能量至關(guān)重要，但是如今人們發(fā)現(xiàn)，讓它們釋放能量也同樣重要，甚至可以挽救生命。在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員描述了一種新的蛋白家族，該蛋白家族的成員能夠消耗細(xì)胞的能量，從而保護(hù)細(xì)胞免受入侵者的傷害。他們發(fā)現(xiàn)這種以前未知的免疫機(jī)制并不僅僅存在于單細(xì)胞生物中。這種機(jī)制在10多億年的進(jìn)化過(guò)程中是保守性的，從珊瑚到蜜蜂在內(nèi)的許多生物都利用它。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年8月17日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A conserved family of immune effectors cleaves cellular ATP upon viral infection”。

細(xì)菌在與噬菌體（攻擊細(xì)菌的病毒）的英勇戰(zhàn)斗中使用了 100 多種復(fù)雜的機(jī)制，這種新發(fā)現(xiàn)的策略是其中最新的一種。這些機(jī)制中的許多種都是在魏茨曼科學(xué)研究所分子遺傳學(xué)系的 Rotem Sorek 教授的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)和描述的。

就像攻擊人體的病毒一樣，噬菌體也由少量蛋白和大量遺傳物質(zhì)（DNA 或 RNA）組成，它們將這些物質(zhì)注入到它們要占領(lǐng)的細(xì)菌中。完成這項(xiàng)任務(wù)后，噬菌體就會(huì)利用細(xì)菌的分子機(jī)器來(lái)反復(fù)復(fù)制自己。當(dāng)它們耗盡了單個(gè)細(xì)菌的資源后，就會(huì)撕毀細(xì)菌膜，破膜而出，并擴(kuò)散到整個(gè)細(xì)菌菌落。

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者重點(diǎn)研究了一個(gè)引起他們注意的基因---它神秘地使噬菌體自我復(fù)制和感染菌落其他部分的能力失效。他們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)神秘的基因編碼一種蛋白，該蛋白能切割并永久性地破壞 ATP 分子，從而使入侵的噬菌體無(wú)法獲得自我復(fù)制所需的能量。這就是一種有效的免疫策略。他們推斷，該基因在細(xì)菌免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用：如果沒(méi)有該基因，感染細(xì)菌的噬菌體的復(fù)制速度會(huì)快100倍。

圖片來(lái)自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.020。

Sorek實(shí)驗(yàn)室研究員Fran?ois Rousset博士說(shuō)，“降低細(xì)胞中的 ATP 水平是一種簡(jiǎn)單而高明的策略。噬菌體在沒(méi)有能量的情況下無(wú)法復(fù)制，而細(xì)菌在任何情況下都會(huì)受到感染并即將死亡，因此最好是耗盡自己的能量，防止噬菌體復(fù)制并擴(kuò)散到菌落的其他部分?！?/p>

這些作者還發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，耗盡 ATP 會(huì)影響噬菌體的控制系統(tǒng)，使這種控制系統(tǒng)在有機(jī)會(huì)復(fù)制之前過(guò)早地破壞細(xì)菌細(xì)胞膜。這就避免了對(duì)菌落造成更大范圍的破壞。令人吃驚的是，這種策略比人們想象的要普遍得多。他們掃描了數(shù)萬(wàn)種細(xì)菌的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)了 1000 多個(gè)以類似方式起作用的免疫基因。

此外，這些作者還驚奇地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)稱為Detocs的蛋白家族具有消耗ATP的能力，而在此之前，人們甚至不知道這個(gè)蛋白家族屬于免疫系統(tǒng)。這表明他們發(fā)現(xiàn)了一種新的免疫策略，它存在于數(shù)百種不同的細(xì)菌中，并能使它們有效地抵御噬菌體。

然而，這項(xiàng)新的研究并沒(méi)有止步于細(xì)菌。這些作者進(jìn)行的全面分析表明，更高級(jí)的生物---真菌、昆蟲(chóng)（比如蜜蜂）、珊瑚、海綿和許多其他生物---也會(huì)產(chǎn)生具有免疫功能的 ATP 切割蛋白。雖然人類體內(nèi)不存在這類免疫蛋白，但是他們認(rèn)為，它們是構(gòu)成人類先天免疫系統(tǒng)的蛋白的古老前身。

Sorek說(shuō)，“過(guò)去幾年中，許多研究都利用高級(jí)生物免疫系統(tǒng)的知識(shí)來(lái)揭示細(xì)菌使用的免疫策略。我們的新研究表明，積累的大量有關(guān)細(xì)菌免疫系統(tǒng)的知識(shí)使我們能夠遵循相反的邏輯---我們可以通過(guò)研究細(xì)菌的免疫系統(tǒng)來(lái)了解高級(jí)生物的免疫系統(tǒng)。ATP 分子是自然界中最廣泛存在的分子之一，因此闡明它們?cè)诿庖咧械淖饔每梢詷O大地幫助我們了解無(wú)數(shù)生物在受到病毒攻擊時(shí)所采用的防御策略?！保?a >生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Fran?ois Rousset et al. A conserved family of immune effectors cleaves cellular ATP upon viral infection. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.020.

2. Surviving on an Empty Battery
https://wis-wander./life-sciences/surviving-empty-battery