韩文元(右一)团队在实验室。张金光/摄

■本报记者 李思辉 实习生 张曦月

“折戟沉沙铁未销，自将磨洗认前朝。东风不与周郎便，铜雀春深锁二乔。”湖北赤壁，三国古战场，因一场惊心动魄的大战而闻名，这一战中孔明（诸葛亮）的智谋被人们称道至今。

近日，华中农业大学教授韩文元团队在《科学》发表最新研究，揭示了“孔明系统”细菌免疫防御机制。韩文元告诉《中国科学报》，团队将这项新发现的机理命名为“孔明系统”，因其与孔明的战场谋划如出一辙，巧合的是，命名之时他正好在湖北赤壁。

据介绍，这一细菌免疫防御机制“借用”了噬菌体自身成分激活免疫反应的巧妙方式，开启了人们理解细菌与噬菌体间生存博弈的全新视角。

一眼就认定“会是个有意思的发现”

2023年5月的一个清晨，华中农业大学博士生曾志锋像往常一样，聚精会神地盯着生物信息学数据看。

屏幕上一簇特殊的基因组序列引起了他的注意。这组基因簇位于细菌“防御岛”——细菌免疫系统基因聚集区附近，由3个基因构成——腺苷脱氨酶、HAM1样非典型嘌呤NTP焦磷酸酶和含SIR2样结构域的蛋白。

曾志锋介绍，在真核生物中，上述3个基因的同源蛋白分别承担着核苷酸代谢、疾病控制和延缓衰老等功能，但它们在细菌中竟以“成簇”的形式出现，且紧邻防御系统，这让他突然想到“它们或许能组成一套全新的抗噬菌体武器”。

长期的研究让团队成员练就了科研“慧眼”。曾志锋当时就有预感，如果把这个“特殊的基因簇”的机制解析清楚，一定会是个有意思的发现。

怀着兴奋的心情，曾志锋敲开了导师韩文元办公室的门。彼时，团队刚完成一项细菌免疫领域的重大突破，正需寻找新方向。曾志锋向韩文元阐述了这个新颖的研究方向。韩文元给出肯定答复。

就这样，一个新的科研项目启动了。

科研不是一件“苦大仇深的事情”

从2023年5月启动研究到2024年9月论文送审《科学》，仅用了一年多时间，秘诀何在？

韩文元认为关键是兴趣。他告诉《中国科学报》：“科研不是一件‘苦大仇深’的事情，而是充满乐趣的，兴趣是最大的动力。”

在团队成员的眼中，韩文元堪称科研“劳模”，几乎每天都能见到韩老师，他甚至大年初一下午就回到实验室继续工作，只因为“放心不下”。

导师对科研的热爱，感染了团队成员。当团队将基因簇合成后，他们选用近百种噬菌体对该系统的生理功能进行测试。实验过程中，一些重要实验仪器需要预约，团队成员有时需要等到凌晨两点，接到通知后再赶去测试样品。

2023年10月的一个下午，团队迎来关键时刻。经过数百次尝试，他们发现非典型核苷酸dITP竟是激活KomB-KomC蛋白复合物的“钥匙”。“那一刻，感觉‘东风’来了，所有线索瞬间贯通。”曾志锋说。

这项突破让团队备受鼓舞。大家齐心协力，经过大量体内实验和体外生化实验，最终验证了该系统在大肠杆菌内确实能够产生激活KomBC的“第二信使”dITP。

古人智慧赋予科研“有趣的灵魂”

“这个系统像孔明先生，用的是‘草船借箭’的计谋。”谈及命名，曾志锋颇为满意。

2024年9月，论文发表前夕，《科学》审稿人提议，为这一新发现赋予一个“更有特色的名字”。彼时，韩文元正从长沙返回武汉，途经赤壁古战场。

窗外，风拂过长江江面，三国烽烟仿佛昨日——诸葛亮以草船智取曹军十万箭矢，以敌之资，破敌之谋。这与韩文元和团队发现的免疫机制不谋而合：当噬菌体（病毒）入侵时，其携带的脱氧核苷酸激酶（DNK）竟被细菌“征用”，协同KomA将普通核苷酸dAMP转化为信号分子dITP。后者激活KomB-KomC复合体，降解细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），通过“能源枯竭”战术杀死被感染细胞，从而阻断噬菌体传播。

“噬菌体带着‘箭’（DNK）来攻城，细菌却借‘箭’阻止其传播，这不是‘草船借箭’吗？”曾志锋说。

受这一特征启发，研究团队以“草船借箭”故事中足智多谋的军事家孔明为其命名，寓意该系统像孔明一样，巧妙利用噬菌体的成分完成免疫信号通路。

更妙的是，噬菌体没有“坐以待毙”。以T5噬菌体为例，它可以“料敌先机”从而躲过攻击，其分泌的Dmp酶可精准降解dAMP，切断dITP合成路径，上演“反截粮草”的戏码。而“孔明系统”会通过模块化重组实现快速进化。

在细菌免疫的微观战场上，一场场攻防转换的“兵家之战”不断上演。

“孔明系统”的发现，不仅填补了细菌免疫理论的空白，还有很大的应用潜力。据介绍，目前，人体核苷酸异常检测依赖昂贵的大型仪器，而“孔明系统”对dITP的特异性识别，有望助力便携式检测工具开发、遗传代谢病诊断以及抗癌药物疗效监测。

“微生物世界的‘兵法’或许能改写人类医疗史。当科学理性遇上文化灵感，‘孔明系统’便成了那阵托起科研突破的‘东风’。”韩文元说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.ads6055