北京時間2025年2月21日，國際學術期刊《科學》雜志發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學韓文元教授團隊題為“Base-modified nucleotides mediate immune signaling in bacteria(堿基修飾核苷酸介導細菌免疫信號通路)”的研究成果。該成果揭示了一種以堿基修飾核苷酸為第二信使的細菌抗噬菌體(病毒)免疫信號通路，稱之為“孔明系統(tǒng)”(Kongming)，該機制通過“借用”噬菌體自身成分激活免疫反應，為理解微生物間的生存博弈開辟了新視角。
在微觀世界里，細菌與病毒之間每天都在上演著攻防大戰(zhàn)。生物體內(nèi)的信號傳遞如同精密的通信網(wǎng)絡，而核苷酸分子長期被認為是關鍵的“信號兵”。自1950年代發(fā)現(xiàn)環(huán)狀核苷酸(如cAMP、cGMP)以來，科學家已解析了其在代謝調(diào)節(jié)、免疫應答中的核心作用，相關研究多次獲得諾貝爾獎。不同于環(huán)狀核苷酸的免疫作用，非典型核苷酸在過去普通被認為不發(fā)揮任何生理作用。然而，研究團隊通過基因分析，鎖定了一個由KomA(孔明A)、KomB(孔明B)、KomC(孔明C)三個蛋白組成的防御系統(tǒng)。當噬菌體入侵時，其攜帶的脫氧核苷酸激酶(DNK)意外成為激活細菌免疫的“開關”：KomA與DNK協(xié)作，將核苷酸(dAMP)轉化為特殊信號分子dITP。這種分子能觸發(fā)KomC蛋白分解細胞內(nèi)的關鍵物質(zhì)NAD⁺，導致噬菌體因“能源枯竭”無法復制。令人稱奇的是，該系統(tǒng)巧妙利用入侵者攜帶的酶完成防御，正如三國時期諸葛亮“草船借箭”的智謀，因此被命名為“孔明系統(tǒng)”。這種堿基修飾核苷酸的信號傳導模式突破了環(huán)狀核苷酸作為信號分子的經(jīng)典理論體系，首次證實非典型核苷酸同樣具有免疫調(diào)控功能。
研究顯示，“孔明系統(tǒng)”廣泛存在于各類細菌中，其模塊化結構(核心KomB-KomC搭配可變KomA)提示自然界可能存在更多未知的核苷酸信號系統(tǒng)。該發(fā)現(xiàn)不僅為細菌免疫研究提供新方向，其特異性識別dITP的特性更具備醫(yī)學應用潛力：未來或可開發(fā)便攜式核苷酸檢測工具，助力遺傳代謝病(如ADA缺乏癥)診斷及抗癌藥物療效監(jiān)測，突破現(xiàn)有檢測技術依賴大型儀器的局限。
(總臺記者 鄢艷 高重)