北京時間2024年3月12日，Nature（《自然》）以加速預覽形式在線發表了武漢大學藥學院、泰康生命醫學中心、武漢大學中南醫院心血管病醫院王隆飛教授團隊關於Gabija免疫係統防禦機製的最新研究論文，題為Structures and activation mechanism of the Gabija anti-phage system。王隆飛教授和華中科技大學生命學院朱斌教授為該論文的共同通訊作者，武漢大學藥學院博士生李靜、華中科技大學生命學院博士後成銳、武漢大學藥學院副研究員王之明為共同第一作者。武漢大學為文章第一完成單位。

　　Gabija係統是自然界已知豐度第三，僅次於限製修飾係統和CRISPR係統的原核生物免疫係統，僅由GajA和GajB兩個基因組成卻可以高效免疫各類烈性噬菌體的侵染，是自然界最廣譜高效且精簡的免疫係統之一。GajA蛋白是一種序列特異性的核酸內切酶，且活性可以被ATP抑製，GajB蛋白是一種解旋酶類似物，可以水解ATP提供能量。近期已有兩篇Nature研究論文報道了噬菌體逃逸Gabija係統防禦的結構與機製，Gabija免疫機製受到高度關注，但其抵抗噬菌體侵染的分子機製尚未闡釋清楚。

　　該研究采用單顆粒冷凍電鏡和生物化學等技術手段，首次捕捉到了GajA核酸酶與DNA結合的激活狀態和與ATP結合的抑製狀態，從分子層麵完整的闡釋了Gabija係統的工作機製。Gabija係統在細胞正常生理狀態下被ATP抑製，在細菌受到噬菌體侵染後，由於噬菌體的快速複製消耗大量ATP，使得GajA不再受到ATP抑製。GajA四聚體兩端的Toprim結構域向兩邊打開以方便DNA的結合，DNA在切割位點附近發生彎曲，以便於GajA的切割。帶切口的DNA又可以激活GajB的ATP水解活性，兩種酶活性巧妙配合最終導致細菌死亡和噬菌體感染的流產。因此，Gabija係統可能是以代謝物的耗竭作為危險信號，是一種獨特的原核生物免疫係統。該研究加深了人們對自然免疫係統的理解，為探索代謝物作為免疫防禦的潛在危險信號提供了新的研究方向。

　　據悉，該研究得到了武漢大學科研公共服務條件平台冷凍電鏡機組的大力支持，冷凍電鏡機組特聘高級工程師李丹陽和實驗員李香凝在數據收集工作中提供了重要協助。該研究受到國家重點研發計劃項目、武漢大學啟動經費、武漢大學泰康生命醫學中心科研經費和武漢大學大型儀器設備開放補貼的共同資助。