每當我們打電話、發簡訊或看影片時，儲存於手機電池中的能量便會減少。活細胞也會儲存能量使生命在需要時提供動力。地球上所有生物的主要能量貨幣，也就是生命的鋰電池，是一種稱為三磷酸腺苷（ATP）的分子。儘管用ATP分子為細胞充電十分重要，但最近的研究發現耗盡ATP的機制也同樣重要，甚至可以救命。
最近發表於《Cell》期刊的研究中，來自以色列魏茲曼科學研究院的研究人員發現了一種新的蛋白質家族，它可以消耗細胞的能量，從而保護細胞免受入侵者侵害。科學家們表示這種以前未知的免疫機制不僅存在於單細胞生物中，它在十億多年的演化過程中被保存下來，從珊瑚到蜜蜂等許多生物皆在使用。
這項新發現的策略是細菌在與噬菌體（攻擊細菌的病毒）英勇戰鬥時所使用的100多種複雜機制中最新的一種。其中許多機制是在魏茲曼科學研究院分子遺傳學系Rotem Sorek教授的實驗室中被發現和描述的。
就像攻擊我們的人類病毒一樣，噬菌體也由少量蛋白質和大量遺傳物質（DNA或RNA）所組成，它們將這些物質注入到它們要佔領的細菌中。完成這項任務後，這些病毒會利用細菌的細胞機器來複製自己。當它們耗盡所佔領的細菌內部資源後，它們就會撕毀細菌的細胞膜，破膜而出，並擴散到整個細菌菌落。
在他們的研究中，研究人員聚焦於一個引起他們注意的基因：它神秘地使噬菌體複製和感染菌落裡其他細菌的能力失效。科學家們發現，這個神秘基因產生的蛋白質可以切割和永久性地摧毀ATP分子，從而使入侵的噬菌體無法獲得繁殖所需的能量。這是種有效的免疫戰略。研究人員推斷，該基因在細菌免疫系統中發揮著關鍵作用：在沒有該基因的情況下，感染細菌的噬菌體複製速度將會快上100倍。
「降低細胞中ATP的含量是一種簡單而巧妙的策略」，Sorek實驗室研究團隊的負責人François Rousset博士說。「噬菌體在沒有能量的情況下無法複製，而細菌無論如何都已經受到感染並即將死亡，因此最好的策略是耗盡自己的能量，防止噬菌體複製並擴散到菌落而影響的其他細菌」。研究人員還發現，在某些情況下，耗盡ATP會影響噬菌體的調控系統，使這種調控系統在噬菌體有機會複製之前過早地破壞細菌細胞膜，避免了對菌落造成更大範圍的破壞。
令人驚訝的是，這種策略比人們想像的要普遍得多。科學家掃描了數萬種細菌的基因組資料庫，發現了1,000多個以類似方式起作用的免疫基因。此外，他們還驚訝地發現一個具有消耗ATP能力的蛋白質家族，而在此之前，人們甚至不知道這個蛋白家族屬於免疫系統。這表示他們新發現了一種存在於數百種不同細菌中並能有效地抵禦噬菌體的免疫策略。
然而這項研究並沒有止步於細菌。科學家的全方位分析顯示，更晚演化出的生物，包含真菌、昆蟲（例如蜜蜂）、珊瑚、海綿和許多其他生物也會產生具有免疫功能的ATP切割蛋白。雖然這類免疫蛋白在人體中不存在，但研究人員認為，它們是構成人類先天免疫系統蛋白的古老前身。
Sorek教授說：「過去幾年中，許多研究都利用進階生物免疫系統的知識來揭示細菌利用的免疫策略。我們的新研究顯示積累的大量有關細菌免疫系統的知識使我們能夠依循相反的邏輯，也就是藉由研究細菌的免疫系統來了解進階生物的免疫系統。ATP分子是自然界中最廣泛存在的分子之一，因此闡明它們在免疫系統中的作用可以幫助我們了解無數生物在受到病毒攻擊時所採用的防禦策略。」
其他參與這項研究的人員姓名請參考資料來源。
資料來源：
https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/surviving-empty-battery
