溫和噬菌體衣殼蛋白防御超感染研究獲進展

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究員王曉雪團隊解析了絲狀噬菌體編碼的衣殼蛋白在細菌宿主超感染排除和噬菌體防御方面的作用。相關研究發表于《環境微生物學》。

噬菌體是一種侵染細菌的病毒。烈性噬菌體在侵染細菌宿主后會迅速繁殖，以裂解細胞的方式從細菌宿主中釋放。溫和噬菌體在侵染細菌后會將自己的基因組整合到細菌基因組上，隨細菌的復制而復制，成為原噬菌體，與細菌“和平共處”。在受外界環境因子刺激或細菌自身基因表達變化的情況下，原噬菌體會從細菌基因組上切離并復制，最終包裝成噬菌體粒子從細菌宿主中釋放。

銅綠假單胞菌PAO1中的絲狀原噬菌體Pf（Pseudomonas filamentous prophage）在生物膜的發育過程中被激活并被釋放出來，而且釋放的絲狀噬菌體粒子可以重新侵染宿主細胞并大量繁殖，這一特殊的過程被定義為噬菌體的超感染。超感染對于細菌宿主來說是非常不利的，宿主為了生存會進化出相應的對抗機制，但目前對于宿主如何排除超感染Pf噬菌體的分子機制尚不清楚。

在本項研究中，研究人員發現絲狀原噬菌體Pf4編碼的噬菌體結構蛋白可以通過干擾IV型菌毛（T4P）功能來產生超感染的抗性。T4P是包括絲狀噬菌體在內的多種噬菌體的受體，是噬菌體識別、吸附并入侵宿主的第一步。

研究發現，噬菌體的次要衣殼蛋白pVII可以與T4P元件中的PilC和PilJ直接互作，干擾T4P的功能。次要衣殼蛋白pIII與PilJ和TolR/TolA蛋白相互作用，提供部分超感染噬菌體抗性。此外，環境中存在很多銅綠假單胞菌的烈性噬菌體。研究發現，對于T4P依賴型烈性噬菌體的感染，pVII 可以提供完全的宿主保護；而對于非T4P依賴型烈性噬菌體的感染，pIII 則可以提供部分保護。

該研究表明，在生物膜形成過程中被誘導激活的絲狀原噬菌體在噬菌體防御過程中發揮重要作用，這很可能加速病原菌在噬菌體療法中產生烈性噬菌體抗性。因此，在篩選可以用于噬菌體療法的烈性噬菌體時，需要慎重考慮銅綠假單胞菌在感染過程中生物膜的形成情況，非菌毛依賴型烈性噬菌對于治療生物膜狀態下的銅綠假單胞菌感染具有更廣泛的應用前景。

該研究工作得到國家自然科學基金、國家科技部重點研發計劃、廣東省本土創新團隊、南方海洋科學與工程廣東省實驗室重大專項等項目的資助。