在微觀(guān)世界的生存博弈中，噬菌體（專(zhuān)門(mén)感染細菌的病毒）與宿主（細菌）的對抗堪稱(chēng)進(jìn)化史上的經(jīng)典戰爭。近年來(lái)發(fā)現的 ?KZ 類(lèi)巨型噬菌體（基因組超過(guò)20萬(wàn)堿基對），更是將這場(chǎng)病毒-細菌“軍備競賽”推向新的維度：
核級防御：這類(lèi)噬菌體感染后會(huì )構建類(lèi)似細胞核的蛋白質(zhì)結構，將自身基因組嚴密保護；
早期安全屋：在感染初期形成脂質(zhì)囊泡，保護病毒基因進(jìn)行早期轉錄；
多重免疫逃逸：對傳統的 CRISPR 系統等防御機制幾乎完全免疫。
面對這種“銅墻鐵壁”般的防御體系，宿主細菌究竟是如何對抗這種超級入侵者的？讓科學(xué)家們困惑多年。
2025年3月19日，加州大學(xué)舊金山分校 Joseph Bondy-Denomy 副教授、北京化工大學(xué)馮越教授團隊合作，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Jumbo phage killer immune system targets early infection of nucleus-forming phages 的研究論文。論文第一作者兼共同通訊作者李玉萍博士現為瑞士巴塞爾大學(xué)終身教軌助理教授。
該研究發(fā)現了細菌中首個(gè)針對巨型噬菌體（jumbo phage）的防御系統——jumbo phage killer（簡(jiǎn)稱(chēng)為Juk），并揭示了其工作機制，為細菌抗巨型噬菌體系統研究提供了新方向。
李玉萍博士，2011年本科畢業(yè)于華中科技大學(xué)，2019年博士畢業(yè)于斯坦福大學(xué)，此后在加州大學(xué)舊金山分校進(jìn)行博士后研究工作，2024年10月加入瑞士巴塞爾大學(xué)，任終身教軌助理教授。李玉萍博士獲得了瑞士國家科學(xué)基金（SNSF）資助，用于探索噬菌體-細菌互作，以開(kāi)發(fā)下一代噬菌體療法。
Juk 系統：細菌的精準防御系統
研究團隊通過(guò)對銅綠假單胞菌 PA14 菌株的基因篩查，意外發(fā)現了兩個(gè)關(guān)鍵基因——jukA 和 jukB。這套系統展現出令人驚嘆的防御特性：
● 精準識別：只攻擊 ?KZ 家族噬菌體，對 25 種其他噬菌體“視而不見(jiàn)”；
● 非自殺防御：清除入侵噬菌體后，細菌能繼續正常分裂（與傳統自殺式防御截然不同）；
● 高效攔截：在感染后 5 分鐘內即可瓦解噬菌體的防御體系。
實(shí)驗數據顯示，裝備 Juk 系統的細菌在遭遇噬菌體攻擊時(shí)，防御成功率提升超過(guò)百萬(wàn)倍。
Juk 如何實(shí)現精準打擊？
通過(guò)熒光標記和超高分辨率成像，研究團隊揭開(kāi)了 Juk 系統的分子機制：
1、雷達鎖定：JukA 蛋白如同預警雷達，通過(guò)識別噬菌體早期分泌的 gp241 蛋白，準確定位感染部位；
2、導 彈部署：JukB 效應蛋白被招募至感染位點(diǎn)，組裝成四聚體“穿 甲彈”；
3、精確打擊：JukB 在噬菌體的脂質(zhì)囊泡上打孔，暴露其遺傳物質(zhì)給宿主核酸酶；
4、清除殘?。罕黄茐牡氖删w基因組在 15 分鐘內被降解殆盡。
有趣的是，gp241 蛋白自帶“定位器”——其跨膜結構域幫助 Juk 系統精準鎖定感染部位，而可溶性結構域則作為激活信號。
跨物種的防御網(wǎng)絡(luò )：Juk系統的進(jìn)化智慧
對 5300 多個(gè)微生物基因組的分析顯示，Juk 系統展現出驚人的進(jìn)化適應性：
模塊化設計：核心傳感器 JukA 可搭配不同效應器（磷脂酶、核酸酶等），形成多樣化防御組合；
廣泛分布：在變形菌門(mén)、藍細菌等 21% 的已測序細菌中存在；
協(xié)同防御：常與其他免疫系統（如限制修飾系統）形成防御矩陣。
例如在熒光假單胞菌中，JukA 與磷脂酶融合形成“二合一”武器，通過(guò)分解噬菌體囊泡膜脂質(zhì)實(shí)現防御。
新型抗菌療法的曙光
這項突破不僅改寫(xiě)了對宿主-噬菌體互作的認知，更為解決抗生素耐藥危機提供新思路：
1、精準抗菌：利用 Juk 系統的特異性，開(kāi)發(fā)針對耐藥菌的噬菌體療法；
2、智能工程：將 Juk 元件植入益生菌，構建“活體抗菌劑”；
3、分子藍圖：JukB 的孔道形成機制為新型抗菌肽設計提供模板。
將 Juk 系統與現有抗菌策略結合，未來(lái)或可打造針對超級細菌的“定向精準打擊系統”，為解決當前的抗生素耐藥危機帶來(lái)新思路。
李玉萍博士為論文第一作者（現為瑞士巴塞爾大學(xué)助理教授），北京化工大學(xué)碩士研究生關(guān)琳琳為論文第二作者，北京化工大學(xué)馮越教授、加州大學(xué)舊金山分校 Joseph Bondy-Denomy 教授及李玉萍博士為論文共同通訊作者。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00258-2
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