8月23日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王曉雪團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈佛醫(yī)學(xué)院Matthew K. Waldor團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)了溫和噬菌體編碼的新穎的三組分的毒素-抗毒素系統(tǒng)，并解析了這一新系統(tǒng)在溫和噬菌體溶原裂解轉(zhuǎn)化和噬菌體防御方面的雙重功能，相關(guān)研究成果以“Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module”為題，在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。南海海洋所研究員郭云學(xué)、副研究員湯開浩，哈佛醫(yī)學(xué)院Brandon Sit和南海海洋所2022級(jí)博士研究生古嘉瑜為該論文共同第一作者，南海海洋所研究員王曉雪和哈佛醫(yī)學(xué)院教授Matthew K. Waldor為該論文的共同通訊作者。合作者還包括哈佛大學(xué)Hongbo R. Luo團(tuán)隊(duì)。
在微生物世界中，噬菌體（感染細(xì)菌的病毒）與宿主之間的相互作用一直是生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。絲狀噬菌體廣泛存在于自然界中，可以侵染細(xì)菌和古菌宿主。假單胞菌屬的Pf絲狀噬菌體在生物膜形成和毒力中扮演重要角色。然而，關(guān)于Pf原噬菌體在生物膜中激活的機(jī)制仍是一個(gè)謎。揭示這些復(fù)雜的生物學(xué)過程對(duì)于尋找新的治療策略，發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)絲狀噬菌體的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)功能具有重要的意義。
在這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)道了銅綠假單胞菌中的絲狀溫和噬菌體攜帶的三組分毒素-抗毒素系統(tǒng)KKP（kinase-kinase-phosphatase）的雙重功能。原噬菌體誘導(dǎo)通常通過控制噬菌體阻遏蛋白活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如宿主因子對(duì)阻遏蛋白的特異性切割使其失活來激活噬菌體的裂解途徑。毒素KK的其中一個(gè)靶標(biāo)是宿主的擬核結(jié)合蛋白MvaU。KKP通過激酶和磷酸酶活性之間的平衡控制MvaU的磷酸化水平，從而調(diào)控絲狀噬菌體的溶原-裂解轉(zhuǎn)化及噬菌體顆粒的產(chǎn)生。此外，研究發(fā)現(xiàn)抗毒素活性被烈性噬菌體的復(fù)制蛋白抑制，激活毒素KK活性，抑制了烈性噬菌體的繁殖。
KKP的發(fā)現(xiàn)將毒素-抗毒素系統(tǒng)引入了宿主-噬菌體相互作用的模型，作為控制溫和噬菌體裂解的開關(guān)和烈性噬菌體入侵的盾牌，通過可逆翻譯后修飾發(fā)揮功能，位于環(huán)境信號(hào)、噬菌體復(fù)制和宿主生理狀態(tài)的交匯中心。 KKP基因簇在超過1000種不同的溫和原噬菌體存在。KKP代表了一種基于磷酸化的溫和噬體激活和防御噬菌體的機(jī)制（圖1），揭示了毒素-抗毒素系統(tǒng)是自然界溫和噬菌體和烈性噬菌體兩大類噬菌體之間博弈的籌碼。
圖1. KKP控制溫和噬菌體的溶原裂解轉(zhuǎn)化和抵抗烈性噬菌體入侵的機(jī)制
本研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省本土創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：Yunxue Guo#,Kaihao Tang#,Brandon Sit#,Jiayu Gu#,Ran Chen,Xinqi Shao,Shituan Lin,Zixian Huang,Zhaolong Nie,Jianzhong Lin,Xiaoxiao Liu,Weiquan Wang,Xinyu Gao,Tianlang Liu,Fei Liu,Hongbo R. Luo,Matthew K. Waldor*,Xiaoxue Wang*. Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module.?2024,15(1):7244.?doi: 10.1038/s41467-024-51617-x.
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