中国科学院微生物研究所研究团队的文章“Catalytically active prokaryotic Argonautes employ phospholipase D family proteins to strengthen immunity against different genetic invaders”已在mLife网站正式上线。研究团队发现具有催化活性的原核Argonaute（pAgo）可以利用偶联的磷脂酶D（PLD）共同抵御不同外源DNA，而且PLD增强了pAgo介导的对单链DNA病毒的免疫能力；另外，研究团队进一步发现这类pAgo可以提高大肠杆菌的基因编辑效率。该研究凸显了高度多样的pAgo通过偶联其他效应蛋白共同抵御外源遗传元件的多样机制，并为基因编辑工具开发提供了新的元件。

pAgos在微生物免疫中发挥着重要作用，赋予宿主菌抵御外来遗传元件入侵的能力。具有催化活性的pAgos利用寡核苷酸作为向导识别并切割外源核酸发挥主动免疫功能，而缺乏活性残基的pAgos能够利用辅助效应蛋白触发流产感染（Abi），从而实现免疫。该研究揭示了一类具有催化活性的pAgo通过偶联辅助蛋白提升其共同抵御不同遗传元件入侵的新机制。

该研究团队通过生物信息学分析发现，嗜盐古菌pAgos与磷脂酶D（PLD）家族蛋白在基因组结构上紧密偶联。随后通过分子遗传学实验对来源于Natrinema pellirubrum的NpAgo-PLD系统（APAP）研究发现，二者形成了一种强化的免疫系统。在Haloarcula hispanica中单独表达NpAgo无法干扰质粒DNA转化，但当pAgo与偶联的PLD蛋白（AgaP）共同表达时能够显著降低质粒的转化效率，并可以清除宿主细胞中的外源质粒DNA。通过对活性位点突变发现，当AgaP的催化残基发生突变后，APAP无法对质粒产生免疫，证明了APAP对质粒DNA的免疫依赖于AgaP的催化活性，而不是Ago自身的催化中心（图1）。

图1 APAP系统抵御质粒DNA

该研究团队进一步对APAP系统介导的病毒防御能力进行了探究，发现NpAgo蛋白单独表达时能够对单链DNA病毒产生一定程度的免疫，但当NpAgo和AgaP蛋白同时存在时，对病毒的免疫效果显著增强，表明pAgos与PLD蛋白在抗病毒防御中具有协同效应，AgaP可以增强Ago介导的病毒免疫。该研究还证明了APAP系统可以在不引发细胞死亡的情况下有效地抑制病毒增殖，显著减少病毒子代产生（图2）。

图2 AgaP增强Ago介导的病毒防御能力

该研究团队还在大肠杆菌中测试了NpAgo在基因编辑中的应用，结果表明，单独表达NpAgo蛋白可以提高基因编辑效率。

该研究揭示了pAgo蛋白利用偶联的AgaP强化对不同遗传元件的靶向清除能力，不仅扩展了我们对pAgo协同辅助蛋白介导的微生物免疫机制多样性的理解，还将为促进pAgo在基因编辑等生物技术领域中的应用提供潜在的新元件。

引用本论文：Cheng F, Wu A, Li Z, Xu J, Cao X, Yu H, et al. Catalytically active prokaryotic Argonautes employ phospholipase D family proteins to strengthen immunity against different genetic invaders. mLife. 2024.

原文链接：

https://doi.org/10.1002/mlf2.12138

第一作者

程飞跃   助理研究员

作者单位：中国科学院微生物研究所

作者简介：主要研究方向为微生物免疫系统与分子工具开发。

第一作者

伍蔼慈   博士生

作者单位：中国科学院微生物研究所

作者简介：主要研究方向为微生物免疫系统及基因编辑工具开发。

通讯作者

李明   研究员

作者单位：中国科学院微生物研究所

作者简介：博士生导师，中国科学院特聘骨干，中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室副主任，聚焦微生物的噬菌体防御机制CRISPR-Cas等，以及基因组编辑、菌群编辑、工程噬菌体等新型分子技术的开发。

通讯作者

向华   研究员

作者单位：中国科学院微生物研究所

作者简介：博士生导师，中国科学院微生物研究所研究员，天津工业生物技术研究所副所长（法定代表人），中国微生物学会秘书长，中国遗传学会副理事长，围绕极端环境微生物遗传与代谢、基因组编辑与合成生物学开展了系统工作。

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