近日，华中农业大学动科动医学院陶攀教授团队在Nature Communications发表了题为“The role of TIR domain-containing proteins in bacterial defense against phages”的研究论文，系统解析了大肠杆菌中含TIR结构域的抗噬菌体防御系统。
华中农业大学博士生王爽爽为文章第一作者，陶攀教授为通讯作者。华中农业大学谭臣教授、华中农业大学生命科学学院邹婷婷教授参与本研究，美国天主教大学Rao教授对本研究提供重要意见和建议。
噬菌体被认为是人类应对耐药菌的重要工具，然而细菌在长期演化过程中编码了许多防御系统来抵抗噬菌体感染，揭示细菌的防御系统对开发高效的噬菌体治疗方案具有重要意义。本研究聚焦含Toll/interleukin-1 receptor（TIR）结构域的蛋白在抗噬菌体防御系统中的作用。含有TIR结构域的蛋白在人体的免疫应答中发挥重要作用，如人先天免疫系统中的一类重要蛋白Toll-like receptor(TLR）均含有TIR结构域，目前已报道人类基因组至少编码25种含TIR结构域的蛋白，绝大部分均参与病原识别并启动免疫应答。植物中许多含有TIR结构域的蛋白在抵抗病原感染中同样发挥着重要作用。然而，细菌中仅零星报道了几种含TIR结构域的抗噬菌体防御系统。细菌编码了大量含有TIR结构域蛋白，这些蛋白是否也和人类含有TIR结构域的蛋白一样，是细菌重要的抗噬菌体防御系统？
本研究克隆了代表90%大肠杆菌TIR蛋白的32种候选防御系统，噬菌体感染实验表明12种具有抗噬菌体活性，其中9种为新型TIR系统，从而揭示了TIR蛋白是细菌重要的一类抗噬菌体系统。本研究还鉴定了25种能被TIR系统识别的噬菌体相关分子模式（Phage-associated molecular pattern, PhAMP），涵盖了噬菌体增殖的早期、中期和晚期3个时期。有趣的是，本研究发现细菌TIR系统识别PhAMP和人TLR识别病原相关分子模式（Pathogen-associated molecular pattern, PAMP）有很多相似特征：如，人TLR4可识别不同细菌的脂多糖，而细菌TIR-IV可识别不同噬菌体的衣壳蛋白；人TLR7和TLR8均能识别不同病毒的ssRNA，而细菌TIR-V和TIR-IX可以识别不同噬菌体的门户蛋白；人TLR4和TLR5能分别识别同一细菌的脂多糖和鞭毛蛋白，而细菌TIR-I和TIR-IV可分别识别同一噬菌体的蛋白激酶和主要衣壳蛋白。
本研究系统地揭示了TIR结构域在细菌免疫系统中的作用，增强了人们对原核和真核生物的先天免疫机制的理解，同时为开发高效噬菌体治疗制剂、应对潜在的耐药危机提供理论和技术支持。
TIR 系统识别不同的噬菌体相关分子模式（PhAMPs）
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51738-3
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