在微生物的世界里，细菌和噬菌体之间的斗争犹如一场没有硝烟的“军备竞赛”绵延至今。在这场持久的对抗中，双方不断地演化和发展，试图超越对方。面对噬菌体的威胁，细菌进化出了各种防御机制，例如CRISPR-Cas系统，用来识别并摧毁入侵者的遗传物质。而反过来，噬菌体“魔高一丈”，它们同样进化出了多种反防御策略，其中包括编码Anti-CRISPR（Acr）蛋白来对抗细菌的防御体系。
2023年2月，冯越课题组曾与加州大学旧金山分校Joseph Bondy-Denomy课题组合作在国际顶级学术期刊《Cell》发表了一项重要发现，他们首次报道了一种名为Acb2（Anti-CBASS2）的噬菌体反防御蛋白，这种蛋白可以通过吸附特定的信号分子来干扰细菌的防御机制。紧接着，近日，冯越课题组与Joseph Bondy-Denomy课题组再次合作，在国际顶级学术期刊《Nature》在线发表了他们的最新研究成果，题为Single phage proteins sequester signals from TIR and cGAS-like enzymes的研究论文，这篇论文深入探讨了Tad1和Tad2这两种蛋白与Acb2相似，都是具有多个结合位点的“超级海绵”，能够有效地隔离不同的信号分子，从而进一步丰富了我们对噬菌体反防御机制的理解，并确立了新的研究标准。
研究过程中，冯越团队利用生化实验验证了Tad1和Tad2不仅能与1′′-2′-gcADPR/1′′-3′-gcADPR结合，还能与多种环二核苷酸或环三核苷酸相结合。通过解析Tad蛋白与不同环状寡核苷酸形成的复合物的晶体结构，研究团队发现Tad1实际上是以六聚体的形式存在，不同于先前认为的二聚体形式。Tad1蛋白结构类似一艘拥有两个“隔离舱”的“分子飞船”，可以形成两个独立的口袋来容纳不同的信号分子。相比之下，Tad2则是以四聚体的形式存在，能够同时与两个CDN和两个gcADPR分子结合。
进一步的实验表明，Tad1对CBASS防御系统中的常见信号分子如cA3、2′,3′-cGAMP和3′,3′-cGAMP等表现出强烈的结合能力，而Tad2则专门结合CDN而不与CTNs结合。特别值得注意的是，研究团队还发现了一个Tad2的同源蛋白HgmTad2，它对cGG的结合亲和力达到了惊人的24 pM，这是迄今为止报告的最强cGG结合蛋白，其亲和力远超现有记录的其他海绵蛋白。由于cGG在细菌中扮演着关键的角色，参与调控生长、运动、毒性、生物膜形成及细胞周期等多方面功能，因此HgmTad2的发现为研究cGG相关的信号传导路径提供了新的线索。
图1 CbTad1-cA3-1′′-3′-gcADPR及HgmTad2-cGG-1′′-3′-gcADPR结构展示
最终，冯越教授团队和Bondy-Denomy教授团队的合作研究表明，Acb2、Tad1和Tad2这三种蛋白均属于具备多重结合位点的“超级海绵”，能够高效地隔离信号分子，这不仅加深了我们对噬菌体如何克服细菌防御机制的认识，而且提出了一个假设：拥有多个信号分子结合位点的反防御蛋白可能普遍存在。这一发现标志着噬菌体反防御“海绵蛋白”研究进入了一个全新的阶段。
北京化工大学大学博士研究生李栋、中国科学院植物研究所肖裕、加州大学旧金山分校Iana Fedorova博士，北京化工大学博士研究生熊伟佳，硕士研究生王宇及已毕业博士生刘茜为本文的共同第一作者，北京化工大学冯越教授与加州大学旧金山分校Joseph Bondy-Denomy教授为本文的共同通讯作者。北京化工大学为第一单位。
冯越，北京化工大学教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者（2018）。主要以生物化学与分子生物学、结构生物学、细胞生物学等为手段，对微生物与宿主免疫系统相互作机制开展研究。共发表SCI论文53篇，其中通讯作者（含共同）论文30篇，分别发表在Nature（2篇）、Cell、Mol Cell (3篇)、Nat Chem Biol (3篇)、PNAS、Nat Plants、Nat Commun (2篇)、Nucleic Acids Res等国际著名期刊。作为负责人主持国家及省部级项目多项。曾获得青年北京学者（2024）、全国青年岗位能手（2020）、北京市优秀青年人才（2020）、北京市科学技术进步奖二等奖（2018）、中国十大新锐科技人物（2018）、北京市科技新星（2019）等荣誉。
