細(xì)菌和古菌進化出了多種多樣的防御機制來抵御病毒（噬菌體）的侵害。例如在細(xì)菌和古菌中廣泛存在的 CRISPR-Cas 系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的研究不僅揭示了基本的生物學(xué)過程，還帶來了革命性的新技術(shù)，讓基因編輯、表達(dá)調(diào)控和 RNA 敲低成為可能。
許多最近發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌防御機制，尤其是那些與膜相關(guān)的防御機制，我們?nèi)灾跎伲?strong>Kiwa 系統(tǒng)就是其中一個例子。Kiwa 系統(tǒng)是已測序細(xì)菌基因組中 20 個最豐富的防御系統(tǒng)之一，這表明其防御譜廣泛且進化成功。其由兩種蛋白成分組成：四通跨膜蛋白 KwaA 和 KwaB，然而，Kiwa 系統(tǒng)是如何感知噬菌體并提供保護的，目前仍不清楚。
2025 年 7 月 28 日，紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心張志瑩博士、南安普頓大學(xué)吳儀博士等作為共同第一作者，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Kiwa is a membrane-embedded defence supercomplex activated at phage attachment sites 的研究論文。
該研究解析了細(xì)菌的一種跨膜防御機制--Kiwa 系統(tǒng)，揭示了細(xì)菌如何在噬菌體附著瞬間，啟動分子級別的防御圍欄來抑制噬菌體的復(fù)制。
細(xì)菌和古菌部署了多種抗病毒防御系統(tǒng)，但其中許多防御系統(tǒng)的具體機制尚未得到闡明。
在這項最新研究中，研究團隊對 Kiwa 系統(tǒng)進行了描述，這是一個分布廣泛的雙組分抗病毒防御系統(tǒng)，由跨膜傳感器 KwaA 和 DNA 結(jié)合效應(yīng)子 KwaB 組成。
冷凍電鏡分析表明，四聚體 KwaA 與四組 KwaB 二聚體組裝成一個大的圍欄狀跨膜超級復(fù)合體。噬菌體結(jié)合后，KwaA 在膜上感知到感染，導(dǎo)致 KwaB 與被釋放的噬菌體 DNA 結(jié)合，并抑制其復(fù)制和后期轉(zhuǎn)錄，而不誘導(dǎo)宿主細(xì)胞死亡。盡管 KwaB 能夠獨立結(jié)合 DNA，但其抗病毒活性需要與 KwaA 結(jié)合，這表明存在空間或構(gòu)象上的調(diào)控。
研究團隊進一步證明了，噬菌體編碼的 DNA 模擬蛋白 Gam 直接與 KwaB 結(jié)合并抑制其活性，但與 Gam 靶向的 RecBCD 系統(tǒng)共表達(dá)時，Kiwa 系統(tǒng)的防御保護作用得以恢復(fù)。也就是說，同時存在 Kiwa 系統(tǒng)和 RecBCD 系統(tǒng)的細(xì)菌，難以被噬菌體同時突破防線，這也揭示了細(xì)菌不同防御系統(tǒng)之間發(fā)揮協(xié)同和互補作用。
該研究的核心發(fā)現(xiàn)：
Kiwa 在噬菌體附著的膜位點被激活；
Kiwa 形成了由 KwaA 和 KwaB 構(gòu)成的跨膜超級復(fù)合物；
KwaB 與噬菌體 DNA 結(jié)合以阻止復(fù)制和后期轉(zhuǎn)錄；
噬菌體編碼的 DNA 模擬蛋白 Gam 抑制 Kiwa，但 RecBCD 保持防御功能。
總的來說，該研究表明，Kiwa 系統(tǒng)是一種不誘導(dǎo)宿主細(xì)胞死亡的膜激活防御機制，通過協(xié)調(diào)膜相關(guān)噬菌體感染檢測與下游效應(yīng)物的 DNA 結(jié)合，從而形成一種空間上協(xié)調(diào)一致的抗病毒機制。此外，這項研究還支持了這樣一種觀點--原核生物的免疫系統(tǒng)是一個相互關(guān)聯(lián)、多層次的網(wǎng)絡(luò)，利用冗余性和多樣性來應(yīng)對快速進化的噬菌體的威脅。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計新型抗菌工具、合成生物學(xué)應(yīng)用及細(xì)胞器工程提供了寶貴的結(jié)構(gòu)模板。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00791-3
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