Jerusalem, 2 February, 2026 (TPS-IL) — 以色列和中国的一组科学家表示，细菌已经劫持了古老的病毒机制，能够识别并攻击惊人范围的细胞类型，这一发现可能会改变医学和生物技术。
研究表明，细菌通过交换与细胞结合的蛋白质，反复重新定向相同的分子注射系统。通过揭示隐藏在细菌基因组中的数千种这些可互换的受体结合蛋白质，这项研究解决了一个长期存在的生物学谜团，并为将药物、酶或其他分子输送至特定的人类、动物或植物细胞提供了一个现成的工具箱。
该研究的重点是细胞外收缩注射系统（eCIS）——这是一种类似病毒的分子机器，细菌利用它将毒性蛋白质注射到目标细胞中。这些系统从噬菌体（感染细菌的病毒）演化而来，但直到现在，科学家们仍不明白单个细菌机器如何能够识别如此多的不同目标。
“最初这是一种噬菌体，一种杀死细菌的病毒，能够结合细菌细胞并注入其DNA，”耶路撒冷希伯来大学农业、食品与环境学院的首席研究员阿萨夫·利维（Asaf Levy）教授对TPS-IL表示。“在演化的某个阶段，它变成了一个工具，不同环境中的各种细菌利用它将毒素蛋白质注射到目标细胞中。根据我们的分析，令人惊讶的是似乎有如此多的目标细胞。平均而言，病毒往往具有很高的特异性。但在这里我们了解到，eCIS在不同的微生物中演化出能够结合极不相同的细胞类型的能力——不仅是细菌，还包括真核生物，如动物、植物和真菌。”
长期以来，研究人员一直怀疑eCIS依靠专门的受体结合蛋白质来识别其目标。但这些蛋白质变化如此之快，以至于标准检索无法检测到它们。
为了解决这个问题，利维、博士研究员尼姆罗德·纳克米亚斯（Nimrod Nachmias）——与北京国家卫生健康委员会病原系统生物学重点实验室彭江教授实验室的合作者王智仁和肖丰合作——开发了一种计算算法，用于检测快速演化的尾丝蛋白质内的保守结构元件。
通过聚焦将蛋白质附着到eCIS颗粒上的共享锚定结构域，他们识别出了数千个以前隐藏的受体结合蛋白质。该研究团队在1,069个细菌和古菌物种的2,585个eCIS基因簇中编录了3,445种不同的尾丝蛋白质——这是同类中最全面的数据集。
每个尾丝包含两部分：一个将其连接到注射系统的保守区域，以及一个决定其可以靶向哪些细胞的可变区域。其中许多受体结合结构域是通过水平基因转移获得的，有时是从病毒、植物、真菌甚至动物免疫成分中借用DNA。
“这是处于加速状态的加速演化，”利维对TPS-IL说。“细菌正在生物世界中采样有用的结合工具并对其进行重新改造。尾丝基因通过获取外源DNA、对其进行重组以产生新的结合特异性，并在有益的情况下通过水平和垂直转移进行传播，从而得到了快速演化。”
为了展示实际应用，该研究团队使用来自类芽孢杆菌属（Paenibacillus）细菌的尾丝设计了一个eCIS颗粒，该尾丝类似于流感和麻疹病毒中的受体结合蛋白质血凝素。这种经过设计的系统成功结合了人类THP-1单核细胞样细胞并将蛋白质注射其中，同时不触及其他细胞类型。实验表明，人类细胞表面的一种糖类——D-甘露糖，可能充当受体。电子显微镜捕捉到了颗粒在输送其货物前片刻附着在人类细胞上的情景。
利维强调了潜在的应用。“我们证明了经过设计的eCIS可以注射到一种人类细胞类型中，而不能注射到其他细胞类型中，这对于减少潜在的不良反应非常极好，”他对TPS-IL表示。
这些发现通过提供一种天然的、可编程的输送系统，开辟了新的可能性。经过设计的eCIS颗粒可以将蛋白质或分子货物输送至特定的细胞类型，同时不触及其他细胞。数千种自然演化的受体结合蛋白质的目录为科学家提供了一个多功能工具箱，用于为研究、工业酶或治疗性分子创建定制的输送系统。
这项研究在农业和抗菌药物开发中也有应用。eCIS系统可以在没有基因修饰的情况下将蛋白质输送到农作物中，从而增强对害虫或压力的抗性。由eCIS携带的细菌毒素和酶可以被重新改造为抗菌剂或工业生物催化剂。
“细菌不仅限于缓慢地调整它们的武器；它们可以通过从整个生物世界借用结合工具来迅速重新发明它们，”利维对TPS-IL表示。
该研究发表在同行评审的《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。
