中国学者一作兼通讯Cell论文：破解细菌新型免疫防御武器，专克超级病毒

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在微观世界的生存博弈中， 噬菌体 （专门感染细菌的病毒） 与宿主 （细菌） 的对抗堪称进化史上的经典战争。 近年来发现的 ϕKZ 类巨型噬菌体 （基因组超过20万碱基对） ，更是将这场病毒-细菌“军备竞赛”推向新的维度：

核级防御：这类噬菌体感染后会构建类似细胞核的蛋白质结构，将自身基因组严密保护；

早期安全屋：在感染初期形成脂质囊泡，保护病毒基因进行早期转录；

多重免疫逃逸：对传统的 CRISPR 系统等防御机制几乎完全免疫。

面对这种“铜墙铁壁”般的防御体系， 宿主细菌究竟是如何对抗这种超级入侵者的？让科学家们困惑多年。

2025 年 3 月 19 日， 加州大学旧金山分校 Joseph Bondy-Denomy 副教授、北京化工大学 冯越 教授团队合作， 在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为： Jumbo phage killer immune system targets early infection of nucleus-forming phages 的研究论文。论文第一作者兼共同通讯作者 李玉萍 博士现为瑞士巴塞尔大学终身教轨助理教授。

该研究发现了细菌中首个针对 巨型噬菌体 （j umbo phage） 的防御系统—— jumbo phage killer （简称为 Juk ） ，并揭示了其工作机制，为细菌抗巨型噬菌体系统研究提供了新方向。

李玉萍 博士

李玉萍 博士，2011年本科毕业于华中科技大学，2019年博士毕业于斯坦福大学，此后在加州大学旧金山分校进行博士后研究工作，2024年10月加入瑞士巴塞尔大学，任终身教轨助理教授。 李玉萍博士获 得了 瑞士国家科学基金（SNSF）资助，用于探索噬菌体-细菌互作，以开发下一代噬菌体疗法。

Juk 系统：细菌的精准防御系统

研究团队通过对铜绿假单胞菌 PA 14 菌株的基因筛查，意外发现了两个关键基因—— jukA 和 jukB 。这套系统展现出令人惊叹的防御特性：

• 精准识别：只攻击 ϕKZ 家族噬菌体，对 25 种其他噬菌体“视而不见”；

• 非自杀防御：清除入侵噬菌体后，细菌能继续正常分裂 （与传统自杀式防御截然不同） ；

• 高效拦截：在感染后 5 分钟内即可瓦解噬菌体的防御体系。

实验数据显示，装备 Juk 系统的细菌在遭遇噬菌体攻击时，防御成功率提升超过百万倍。

Juk 如何实现精准打击？

通过荧光标记和超高分辨率成像，研究团队揭开了 Juk 系统的分子机制：

1、雷达锁定：JukA 蛋白如同预警雷达，通过识别噬菌体早期分泌的 gp241 蛋白，准确定位感染部位；

2、导弹部署：JukB 效应蛋白被招募至感染位点，组装成四聚体“穿甲弹”；

3、精确打击：JukB 在噬菌体的脂质囊泡上打孔，暴露其遗传物质给宿主核酸酶；

4、清除残骸：被破坏的噬菌体基因组在 15 分钟内被降解殆尽。

有趣的是，gp241 蛋白自带“定位器”——其跨膜结构域帮助 Juk 系统精准锁定感染部位，而可溶性结构域则作为激活信号。

跨物种的防御网络：Juk系统的进化智慧

对 5300 多个微生物基因组的分析显示，Juk 系统展现出惊人的进化适应性：

模块化设计：核心传感器 JukA 可搭配不同效应器 （磷脂酶、核酸酶等） ，形成多样化防御组合；

广泛分布：在变形菌门、蓝细菌等 21% 的已测序细菌中存在；

协同防御：常与其他免疫系统 （如限制修饰系统） 形成防御矩阵。

例如在荧光假单胞菌中，JukA 与磷脂酶融合形成“二合一”武器，通过分解噬菌体囊泡膜脂质实现防御。

新型抗菌疗法的曙光

这项突破不仅改写了对宿主-噬菌体互作的认知，更为解决抗生素耐药危机提供新思路：

1、精准抗菌：利用 Juk 系统的特异性，开发针对耐药菌的噬菌体疗法；

2、智能工程：将 Juk 元件植入益生菌，构建“活体抗菌剂”；

3、分子蓝图：JukB 的孔道形成机制为新型抗菌肽设计提供模板。

将 Juk 系统与现有抗菌策略结合，未来或可打造针对超级细菌的“定向精准打击系统”，为解决当前的抗生素耐药危机带来新思路。

李玉萍 博士为论文第一作者（现为瑞士巴塞尔大学助理教授），北京化工大学硕士研究生 关琳琳 为 论文第二作者，北京化工大学 冯越 教授、加州大学旧金山分校 Joseph Bondy-Denomy 教授及 李玉萍 博士为论文共同通讯作者。