水平基因转移通过使细菌获得新的遗传性状，在塑造细菌进化中发挥着核心作用。然而，水平基因转移也可能通过促进可移动遗传元件（MGEs）的传播而损害宿主适应性。这些元件通常携带抗生素耐药基因或毒力因子，可能给宿主细菌带来代谢负担，甚至破坏其基因组完整性。为应对这些威胁，细菌进化出了多样化的防御机制，包括CRISPR-Cas和Argonaute系统，用于检测并中和外源核酸。

在这些防御系统中，基于原核Argonaute（pAgo）的模块构成了一类重要的免疫效应器，通常利用小向导RNA或DNA来识别入侵遗传元件中的互补序列。与负载向导序列后通常能自主靶向并切割DNA的CRISPR-Cas核酸酶不同，许多pAgo缺乏内在的双链DNA（dsDNA）解旋和单链DNA（ssDNA）切割活性。

因此，它们依赖核酸酶、解旋酶及其他酶促伙伴等辅助因子来实现靶标降解。理解原核免疫系统如何协调具有不同功能的效应器来防御可移动遗传元件，对于阐明宿主-病原体交互作用以及开发下一代分子工具至关重要。

双基因DdmDE系统最近在第七次霍乱大流行的主要病原体——霍乱弧菌O1 El Tor（7PET）菌株中被发现，它能赋予针对小型多拷贝质粒的免疫能力。这一由DdmE和DdmD组成的双蛋白系统，代表了一种专门用于质粒清除的原型pAgo样防御模块。

DdmE是一种DNA引导的DNA结合蛋白，作为监视因子发挥作用：它利用5′-磷酸化向导DNA（gDNA）选择性识别靶标序列，但缺乏内在催化活性。相比之下，DdmD是一种ATP依赖的多功能马达蛋白，能以5′→3′方向性解旋双链DNA，并以Mn²⁺作为催化二价离子优先切割解旋后的DNA中间体。

结构分析揭示，DdmD二聚体在质粒清除过程中处于自抑制状态，并仅在转变为单体形式时被完全激活。然而，体外实验显示二聚体DdmD对ssDNA具有切割活性。尽管取得了这些进展，DdmDE防御系统在靶标识别和质粒降解中的动态分子机制尚未完全阐明。

图1.全文总结图（摘自Molecular Cell）

在本研究中，作者聚焦于DdmD双重酶活性的功能，在单分子水平上探究了DdmDE系统在DNA清除过程中的动力学。作者发现，DNA引导的DdmE本身缺乏识别dsDNA靶标的能力。然而，机械张力诱导的瞬时DNA气泡促进了核蛋白复合物与非靶标位点及靶标位点的结合。

与非靶标结合相比，靶标结合的DdmE-gDNA复合物更为稳定，因此可作为二聚体DdmD的招募平台。令作者惊讶的是，在ATP水解驱动下，被招募的DdmD蛋白以一种独特的机制解旋dsDNA：它们锚定于靶标，以双向方式拉入dsDNA，并挤出两个ssDNA环。随后，这些被挤出的ssDNA链迅速被溶液中的游离DdmD蛋白包裹，但以位点特异性方式缓慢切割。

综上所述，该研究结果阐明了一种多步免疫机制，其中催化惰性的pAgo作为靶向支架，招募并激活强大的解旋酶-核酸酶效应器。

参考消息：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(26)00286-8