逆轉錄子（Retron）是細菌體內重要的免疫系統(tǒng)組成部分，能利用自身逆轉錄酶（RT）合成一種獨特的RNA-DNA雜交分子（msDNA）。此前研究表明，一些逆轉錄系統(tǒng)與特定的效應蛋白結合，形成“毒素-抗毒素”對，當細菌檢測到噬菌體入侵時，逆轉錄系統(tǒng)被激活，毒素釋放以清除受感染的細胞，從而保護細菌群體。

近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心軟物質與生物物理實驗室朱洪濤特聘研究員與天津醫(yī)科大學張恒教授、袁智勇教授合作，在細菌抗病毒免疫研究領域取得重要突破。研究團隊成功解析了細菌防御系統(tǒng)——Ec78逆轉錄子（Retron）的高分辨率三維結構，并揭示了其獨特的“分子尺”激活機制。

本研究聚焦于Ec78系統(tǒng)，其顯著特征在于采用了一種由ATP酶（PtuA）和核酸酶（PtuB）共同構成的雙酶效應器來執(zhí)行防御功能。研究團隊利用冷凍電鏡技術，成功解析了Ec78系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)下的三維結構，分辨率高達3.0 ?。結構分析表明，該復合物呈現(xiàn)出獨特的花籃狀架構（圖1）。其中，msDNA分子像一根釘子嵌入由PtuA蛋白 dimer形成的正電荷凹槽中，同時逆轉錄酶（RT）也通過其結構域與PtuA緊密結合。這種多重相互作用如同安全鎖，將PtuAB毒素復合物穩(wěn)定地禁錮于非活性狀態(tài)，從而防止其對細菌自身造成傷害。更為重要的是，研究揭示了系統(tǒng)響應病毒入侵的激活機制。團隊發(fā)現(xiàn)，PtuB核酸酶上一個關鍵的“精氨酸-賴氨酸指狀環(huán)”在抑制狀態(tài)下被RT蛋白固定。通過構建一系列msDNA莖環(huán)長度截短突變體，他們證實當msDNA長度因外界因素（如噬菌體酶切）縮短至臨界值以下時，會觸發(fā)毒素復合物的釋放與激活，導致細菌生長停滯以阻斷病毒傳播。這表明，msDNA在系統(tǒng)中充當了一把精密的分子尺，通過感知自身完整度來調控免疫應答的啟停。該研究為基于逆轉錄子的前沿生物技術開發(fā)提供了新思路，有望啟發(fā)科學家設計出更高精度、更強可控性的新型基因編輯工具和智能生物傳感器，為未來生物醫(yī)藥應用開辟新的可能。

圖1：Ec78系統(tǒng)的三維結構（a-d）及防御分子機制（e）

該研究成果于2025年12月7日在線發(fā)表于Nature Communications，論文標題為“Architecture and mechanism of a dual-enzyme retron system in prokaryotic immunity”。該成果受到了國家自然科學基金和中國科學院等項目的資助。

編輯：張柒柒