Bacteria deplete deoxynucleotides to defend against bacteriophage infection

噬菌体 溶解循环 生物 DNA DNA复制 核苷酸 脱氧鸟苷 整合酶 生物化学 SAMHD1公司 分子生物学 基因 病毒学 病毒 核糖核酸 逆转录酶 大肠杆菌
作者
Nitzan Tal,Adi Millman,Avigail Stokar-Avihail,Taya Fedorenko,Azita Leavitt,Sarah Melamed,Erez Yirmiya,Carmel Avraham,Alexander Brandis,Tevie Mehlman,Gil Amitai,Rotem Sorek
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:7 (8): 1200-1209 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41564-022-01158-0
摘要

DNA viruses and retroviruses consume large quantities of deoxynucleotides (dNTPs) when replicating. The human antiviral factor SAMHD1 takes advantage of this vulnerability in the viral lifecycle, and inhibits viral replication by degrading dNTPs into their constituent deoxynucleosides and inorganic phosphate. Here, we report that bacteria use a similar strategy to defend against bacteriophage infection. We identify a family of defensive bacterial deoxycytidine triphosphate (dCTP) deaminase proteins that convert dCTP into deoxyuracil nucleotides in response to phage infection. We also identify a family of phage resistance genes that encode deoxyguanosine triphosphatase (dGTPase) enzymes, which degrade dGTP into phosphate-free deoxyguanosine and are distant homologues of human SAMHD1. Our results suggest that bacterial defensive proteins deplete specific deoxynucleotides (either dCTP or dGTP) from the nucleotide pool during phage infection, thus starving the phage of an essential DNA building block and halting its replication. Our study shows that manipulation of the dNTP pool is a potent antiviral strategy shared by both prokaryotes and eukaryotes. Depletion of the deoxynucleotide pool by a family of dCTP deaminases, and a family of dGTPases, defends bacteria against phage infection.
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