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为探究噬菌体防御机制，研究人员解析 Zorya 系统，发现其独特结构与作用模式，揭示群体免疫奥秘。
噬菌体，作为细菌的 “天敌”，时刻威胁着细菌的生存。在这场旷日持久的 “战争” 中，细菌为了抵御噬菌体的进攻，进化出了多种多样的防御系统。然而，这些防御系统背后的分子机制却大多如迷雾般难以捉摸。Zorya 噬菌体防御系统便是其中之一，自 2018 年被发现以来，它一直吸引着科研人员的目光，对其深入研究，不仅有助于揭示细菌与噬菌体相互作用的奥秘，还可能为生物技术和医学领域带来新的突破。在此背景下，来自英国格拉斯哥大学、美国国立癌症研究所等机构的研究人员开展了关于 Zorya 噬菌体防御系统的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员运用了多种技术方法来揭开 Zorya 防御系统的神秘面纱。其中，冷冻电镜（cryo-EM）技术发挥了关键作用，它让研究人员能够直接观察到 Zorya 系统核心组件的结构。此外，突变分析则帮助研究人员确定了各个组件及关键氨基酸残基在防御过程中的重要性；生化表征实验进一步揭示了 ZorE 的酶活性特点；多种实验手段相互配合，从不同角度对 Zorya 系统进行剖析。
研究结果如下：
- ZorAB 的结构特征：ZorAB 与 MotAB 结构相关，但具有 Zorya 特异性特征。研究人员通过 cryo-EM 技术解析了 Zorya I 和 Zorya II 中 ZorAB 的结构，发现它们组装成 5:2 的离子驱动复合物，类似于鞭毛、9 型分泌和 Ton 系统中的复合物。不过，ZorB 的假定肽聚糖结合域呈二聚体有序排列，这与 MotAB 复合物不同。而且，ZorA 的 C 末端延伸形成的细胞质杆状结构，在不同 Zorya 类型中也存在差异。
- ZorAB 对噬菌体防御的作用：研究人员通过筛选噬菌体并进行突变分析，发现 ZorAB 的独特结构特征对噬菌体防御至关重要。ZorB 的肽聚糖结合域和 ZorA 的细胞质延伸在防御中不可或缺，同时，参与离子传导的 ZorB 中的 D24 残基对防御也起着关键作用。
- Zorya I 和 II 介导的群体免疫：研究人员研究了 Zorya I 和 Zorya II 介导的防御动态过程，发现它们通过群体免疫机制发挥作用。在不同感染复数（MOI）下，Zorya I 和 Zorya II 均能抑制噬菌体的传播，尽管这是以牺牲细菌适应性为代价的。
- ZorE 的作用机制：ZorE 是 Zorya II 系统的效应模块，具有切口酶（nickase）活性。研究人员通过生化表征实验发现，ZorE 在体外主要表现为切口酶活性，能在体内介导细菌染色体的单链断裂，且在高浓度时可诱导双链断裂。
- 群体免疫与宿主染色体 DNA 损伤的关系：研究人员通过实验证明，Zorya 介导的群体免疫是通过宿主染色体 DNA 损伤实现的。Zorya II 能诱导宿主染色体损伤和细胞伸长，ZorE 在体内外均能损伤 DNA，且 ZorAB II 可招募 ZorE，增强其对 DNA 的靶向作用。
研究结论与讨论部分指出，该研究揭示了 Zorya 噬菌体防御系统的分子机制，ZorA 和 ZorB 形成的旋转电机可感知噬菌体威胁，通过招募核酸酶复合物来阻止噬菌体感染。Zorya 系统是细菌利用保守的大分子机制进行防御的独特例子，这表明可能存在更多类似的适应性防御策略有待发现。这项研究为深入理解细菌与噬菌体的相互作用提供了新的视角，也为开发新型抗菌策略和生物技术应用奠定了基础。
