Nat Commun丨欧阳松应团队揭示细菌抗噬菌体系统SPARDA的激活机制|基因改造细菌|复合物|抗噬菌体|核酸|欧阳松应|结构域|蛋白

Argonaute （ Ago ）蛋白是一类在生物界中广泛存在的保守蛋白家族，真核生物 A go （ eAgo ）由四个结构域组成： N 端结构域、 PAZ 结构域、 MID 结构域和 PIWI 结构域，它们通过两个连接区（ L1 和 L2 ）相连，并作为 RNA 诱导沉默复合物（ RISC ）的核心成分，在 RNA 干扰中发挥关键作用。

原核生物同样广泛存在 Ago 蛋白（ prokaryotic Argonaute,pAgo），且其多样性更为显著。根据结构域组成， pAgo 可分为长 pAgo 与短 pAgo ，其中短 pAgo 占比超过 60% 。而短 pAgo 仅含有 MID 结构域和一个催化失活的 PIWI 结构域，因此不具备切割靶核酸的能力。这类蛋白通常与编码 TIR 、 Sir2 、 DUF3457 等特征结构域的基因位于同一操纵子，形成有功能的蛋白质复合物。目前，短的 pAgo 介导的抗噬菌体机制研究有限。欧阳松应团队 2024 年关于原核生物的 SPARSA 系统的研究，发现 pAg o 和相关效应蛋白形成一个带正电通道，而 gRNA 和 tDNA 结合在该通道，进而引发细胞内 NAD + 的快速耗竭导致流产感染，起到抗噬菌体感染作用（）。

SPARDA （ Short Prokaryotic Argonaute and DNAse/RNase-Endonuclease ）是一种新型抗噬菌体系统，该系统将 APAZ 结构域与一个 DREN 核酸酶结构域融合，在识别外源核酸后， SPARDA 通过 DREN 核酸酶结构域对多种核酸底物产生广泛的 “ 附带 ” 切割活性。然而，关于 SPARDA 的组装机制及其非特异性核酸酶活性的激活机理仍有待阐明。

2026年1月6日，福建师范大学欧阳松应团队与厦门大学夏宁邵院士团队合作，在 Nature Communications 上在线发表题为

Filament assembly induced by the recognition of target DNA activates the prokaryotic Argonaute SPARDA system

的论文，对来自 Novosphingopyxis baekryungensis 的 SPARDA 系统进行了深入研究，通过冷冻电镜技术揭示了与gRNA完全配对的tDNA诱导SPARDA组装成纤维状结构，并且该纤维状组装导致DREN核酸酶结构域发生四聚化，从而激活其核酸酶活性

研究首先解析了 SPARDA -gRNA 复合物的冷冻电镜结构（分辨率 2.77 Å ），发现 gRNA 诱导了 SPARDA 的二聚化，由 pAgo 和 DREN-APAZ 形成二聚体。为了进一步阐明 tDNA 识别 gRNA 时 DREN 被激活的机制，团队进一步解析了 SPARDA-gRNA-tDNA 三元复合物的冷冻电镜结构（分辨率 2.64 Å ），发现 gRNA 和 tDNA 结合后，会诱导 SPARDA 形成纤维状结构（图1）。研究团队进一步解析了 SPARDA 形成纤维状结构，发现在纤维状结构中 DREN 结构域会形成一个四聚体，并形成有利于底物结合的通道，从而促进核酸底物的积累和切割。他们意外的捕捉到了 DREN 结构域结合过量的 gRNA-tDNA 的状态，为理解 SPARDA 的底物切割机制提供了重要证据。