细菌和古细菌等原核生物面临着病毒（如噬菌体）的持续威胁，因此进化出了多种抗病毒防御系统。这些系统通常通过检测病原体并激活免疫效应器来发挥作用。尽管环状（寡）核苷酸已被认为是关键的信号分子，但其他类型的信号分子仍然未被充分探索。

经比较基因组分析，作者在细菌基因组 “防御岛” 发现一个三基因操纵子，命名“孔明”。 “孔明”系统由三个基因组成，分别是KomA（腺苷脱氨酶）、KomB（HAM1样非典型嘌呤NTP焦磷酸酶）和KomC（含有SIR2样结构域的蛋白）。将其导入大肠杆菌后，能抵御多种噬菌体，提供群体水平免疫，系统中各组分对免疫功能不可或缺。

此外，作者发现感染之后表达“孔明” 的大肠杆菌可以分离逃逸突变体，而噬菌体脱氧核苷酸单磷酸激酶（DNK）是触发因子，其酶活性对激活免疫至关重要。通过进一步研究，作者发现KomB和KomC形成一个效应器复合物，负责NAD+的降解。而KomA和 R1DNK可通过两条途径将 dAMP 转化为 dIDP，宿主核苷二磷酸激酶（NDK）将 dIDP 转化为 dITP，而dITP被KomB 识别后促进 KomC 激活，从而引起感染细菌的NAD+ 耗竭，进一步导致感染细菌的死亡以保护群体。

那噬菌体如何应对这一防御机制呢？作者发现T5 噬菌体编码的脱氧核糖核苷酸 5'- 单磷酸酶（Dmp）可降解 dAMP（dITP的前体），抑制“孔明”免疫系统的激活，其磷酸酶活性对发挥抗防御功能至关重要。Dmp 在噬菌体基因组中常与 DNK 共存在，多种噬菌体来源的 Dmp 具有抑制 “孔明”免疫的功能。

总之，这项研究揭示了一种基于碱基修饰的新型抗噬菌体信号传导途径，首次将非典型核苷酸确立为细菌中的免疫信号分子，揭示了细菌与噬菌体在核苷酸代谢层面的攻防机制。这种防御与反防御的“军备竞赛”揭示了细菌与噬菌体之间复杂的相互作用。这篇文献为理解细菌免疫系统的多样性和复杂性提供了重要的见解。

本文作者：LJF

责任编辑：LZ

DOI：10.1126/science.ads6055

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.ads6055