新闻网讯（通讯员药轩）近日，《科学》（Science）杂志以“First Release”形式，加速发表一项合作研究成果，该成果由华中科技大学生命学院教授朱斌团队，联合武汉大学药学院、武汉大学中南医院、武汉大学泰康生命医学中心王隆飞团队共同完成，论文题为“DNA Polymerization Activates RNA Cleavage of an RT-like Antiviral Enzyme”。华中科技大学博士生荣雪君，武汉大学博士生肖军，华中科技大学博士生赵新元、闫艳，武汉大学博士生李静为论文共同第一作者，华中科技大学博士生王雄略，王隆飞与朱斌为共同通讯作者。
在微观世界里，细菌与病毒（噬菌体）之间持续亿万年的“军备竞赛”不仅推动了生物的进化，还催生了像CRISPR基因编辑技术这样改变世界的科学突破。近年来，一种名为“防御相关逆转录酶（DRT）”的新型细菌免疫系统引起了科学界的高度关注。传统观点认为，DRT系统主要依靠“合成DNA”来抵御病毒。然而，最新对DRT4的研究带来了新的认识，DRT4不仅拥有DNA合成能力，还有DNA外切酶及RNA内切酶活性。
正常情况下，DRT4的DNA聚合与外切活性保持动态平衡，使其共价连接的短单链DNA长度始终被限制在聚合活性口袋内部。当烈性噬菌体入侵后，细胞内作为病毒基因组复制原料的dNTP浓度会迅速升高，导致DRT4的DNA聚合活性超过外切酶活性，原有平衡被打破，DNA链得以继续延长并掺入dG或dA。富含dG的单链DNA凭借自身刚性会脱离DNA聚合活性口袋；富含dA的柔性DNA只有与噬菌体单链DNA结合蛋白结合后，才可脱离DNA聚合活性口袋。当DNA 末端离开聚合活性中心后，结合在口袋的dGTP发生翻转，会触发DRT4整体构象发生变化，形成新的RNA内切酶活性位点（图1）。随后，DRT4会对细胞内的各类RNA（包括病毒的和宿主自身的）进行无差别切割，导致细胞代谢全面停滞。这种“同归于尽”式的防御策略，成功阻断了病毒的进一步复制和扩散（图2）。
图1 活性状态下的RNA结合位点带有更强的正电荷且两个三聚体层面发生相对旋转
图2 DRT4抗病毒机制模型
这一重大发现拓宽了我们对细菌免疫系统的认知边界，揭示了逆转录酶在生命演化长河中的核心地位——它不再仅仅是遗传信息的搬运工，更能向核酸切割的方向进化出全新的功能。展望未来，DRT4这种集DNA合成监控与RNA精准加工于一体的独特能力，有望在基因编辑、分子感知及DNA数据存储等前沿技术领域展现出巨大的应用潜力。
本研究受到国家自然科学基金委、国家重点研发计划项目、武汉大学启动经费、武汉大学泰康生命医学中心科研经费和武汉大学大型仪器设备开放补贴的共同资助；得到了武汉大学科研公共服务条件平台冷冻电镜机组的大力支持，冷冻电镜机组高级工程师李丹阳和实验员李香凝在数据收集工作中提供了重要协助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef3178
