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人类免疫系统拥有令人惊奇的复杂性与精妙性。以色列达纳-法伯癌症研究所的科学家们发现，人类免疫系统包含一个十亿岁的古老蛋白家族，这些蛋白在细菌中也被用于抵御病毒。
我们的免疫系统是地球上最先进的疾病防御屏障，而越来越多的证据表明它的组成部分早在古代生命形式中就已经存在了。发表在《科学》（Science）杂志上的研究结果正是支持这一点最新的证据。研究表明，免疫系统吸纳了已经存在的基本结构并在多年的进化后用新颖的方式来使用它们，进而满足像人类一样复杂的生物的需求。
丹娜-法伯研究所的Philip Kranzusch博士是研究的资深作者，他说：“世界各地的研究人员已经进行了大量的研究来了解人类免疫系统是如何工作的。人类免疫的关键部分也存在于细菌之中的发现为这一领域的研究提供了新的蓝图。”
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研究的中心是名为焦孔素（gasdermins）的蛋白质。当一个细胞被感染或癌变时，焦孔素会在细胞膜上形成孔洞，导致细胞死亡。被称为炎性细胞因子的物质会从洞中漏出，发出信号示意感染或癌症的存在，并激活免疫系统保护身体。
这一过程被称为“焦亡”，是免疫系统杀死不健全或受感染细胞的方式之一。它补充了更广为人知的“凋亡”过程，在这个过程中，残缺或被感染的细胞在受损后会自我毁灭。这项新研究的共同第一作者、达纳-法伯研究所的Alex Johnson博士说：“焦亡是先天免疫系统（人体抵御病原体的第一道防线）应对潜在威胁的最快方式之一。”
人类基因组拥有六种焦孔素蛋白的编码，这些蛋白在不同类型的细胞中表达水平也不尽相同。在目前的研究中，Johnson和他的同事们研究了这些蛋白质的祖先是否存在于细菌中。
他们有充分的理由认为答案是肯定的。2019年，Kranzusch和他的同事们发现，一种叫做cGAS-STING的人类免疫信号通路起源于细菌，它可以感知与癌症和感染有关的异常。Kranzusch指出：“这一发现和其他发现促使我们去寻找人类和细菌细胞中免疫相关蛋白之间的其他联系。”
由于被称为“抗噬菌体防御岛（antiphage defense islands）”的细菌DNA片段包含防止细菌被噬菌体病毒感染的基因簇，共同第一作者Tanita Wein博士、联合资深作者Rotem Sorek博士以及他们在以色列魏茨曼科学研究所的同事们对其进行了分析。他们鉴定了50个细菌基因，这些基因预计会产生结构与哺乳动物体内的焦孔素相似的蛋白质。
X射线衍射仪 （图片来源：维基百科）
Johnson谈到：“我用X射线衍射晶体分析法确定了这些蛋白质的一系列结构，这在原子水平上证实了它们与哺乳动物焦孔素蛋白有着结构相似性。”含有这些蛋白质的细菌分布广泛，它们生活在土壤中、树叶上和其他自然栖息地中。（Johnson的研究中研究最多的那种细菌最初便是在威斯康星州的一株玉米植株上发现的。）
Johnson的结构研究表明，虽然人类和细菌的焦孔素在结构上相似，但细菌的焦孔素大小往往是人类焦孔素的一半左右，然而却能构造出比人类更大的膜孔。所有的这些焦孔素蛋白都是通过类似的机制激活的，但焦孔素在人类细胞中引发的一系列反应要广泛得多。在细菌细胞中，病毒感染可能会触发膜穿孔引起的细胞死亡，从而阻止病毒的蔓延。在人类细胞中，受感染细胞的死亡会引发一系列反应，使免疫系统的其他成分也开始应对感染。
Kranzusch说：“这是一种非常原始的防御形式，在人类身上，它已经重新适应并随调节系统扩展，使我们的身体能够对感染或癌症做出应答。”
在人类免疫系统惊人的复杂性中发现了原始免疫形式的痕迹有助于研究人员更好地理解该系统是如何形成的。Kranzusch评价道：“看到一台机器的最简单版本可以让你对整台机器有一个新的了解，同样的原理也适用于免疫系统的研究。”
这项研究的共同作者有：达纳-法伯研究所的Brianna Duncan-Lowey博士、哈佛大学低温电子显微镜中心的Megan Mayer硕士、魏茨曼研究所的Erez Yimiya、Yaara Oppenheimer Shaanan博士和Gil Amitai博士。
翻译：杜佳宇
审校：先雨
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