2024年4月17日，洛克菲勒大学Luciano A. Marraffini、芝加哥大学Phoebe A. Rice共同通讯在Nature发表题为DNA glycosylases provide antiviral defence in prokaryotes的文章，发现了原核生物利用DNA糖基化酶防御病毒感染的新机制。迄今为止，这些酶在抗病毒免疫方面还不太被认可，然而作者指出其在细菌和噬菌体之间正在进行的进化军备竞赛中发挥着关键作用。通过创新实验方法，该团队绕过了现有基因组数据的限制，探索了环境DNA（eDNA）尚未开发的潜力，发现新的抗病毒防御机制。
这项研究始于一种策略性方法，通过用裂解大肠杆菌T4噬菌体感染携带土壤宏基因组DNA库的大肠杆菌来分离防御基因。该策略鉴定了一种以前未知的DNA糖苷酶Brig1，其特异性靶向并从T4噬菌体基因组中去除α-葡糖基羟甲基胞嘧啶（α-葡糖基hmC）核碱基。当Brig1作用于病毒DNA时，它会产生无碱基位点，有效地阻止病毒复制的进程。Brig1的特异性是显著的：它能够在体外降解T4噬菌体DNA，证明其直接参与阻碍病毒生命周期。经过仔细检查，发现Brig1是一种具有最低裂解酶活性的单功能糖基化酶，这意味着它能切除受损或修饰的碱基，而不会立即切割DNA的磷酸二酯酶骨架。相反，在适当的条件下，它会产生无碱基位点，导致β-消除反应后的双链DNA断裂。
作者通过分离成功绕过酶防御的“逃避者”噬菌体，进一步阐明了Brig1的有效性。对这些逃避者的基因分析揭示了T4α-葡糖基转移酶基因的突变，表明Brig1靶向噬菌体自身引入的葡糖基化标记。重要的是，该研究在不同细菌分支的不同细菌防御基因座中都检测到了Brig1的同源物，表明这些糖基化酶赋予了细菌对一系列T噬菌体的免疫力。Brig1对α-葡糖基hmC的特异性表明，T噬菌体可能进化出了羟甲基胞嘧啶的不同修饰模式，以逃避宿主编码的DNA糖苷酶（如Brig1）的识别和降解。
此外，该研究强调了Brig1和宿主DNA修复途径之间的相互作用。Brig1对病毒DNA的作用导致可能触发宿主修复机制的改变，随后进一步降解噬菌体基因组，从而放大抗病毒反应。
总的来说，这项研究展示了原核生物中一类以前未被识别的抗病毒蛋白——DNA糖基化酶——它们作为分子哨兵防御噬菌体入侵。Brig1及其同源物的发现为未来研究原核宿主及其病毒捕食者之间的动态相互作用开辟了令人兴奋的途径，对生物技术和理解宿主-病毒相互作用的自然进化具有重要意义。这项工作强调了筛选未测序DNA样本以揭示新型免疫系统的能力，并扩展了我们对细菌防御的复杂性和多功能性的了解，还指出存在更广泛的相关糖苷酶家族，每种糖苷酶都可能靶向不同噬菌体群体中hmC核碱基的不同修饰。
