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【專家講壇】噬菌體-宿主菌相互作用的復(fù)雜性,，遠超經(jīng)典的裂解-溶原途徑

時間：2024-01-19 訪問量：1201

前言

噬菌體是地球上最豐富的生物實體,，在其細菌宿主的生態(tài)和進化中起著關(guān)鍵作用,。裂解（lytic）和溶原（lysogenic）途徑是噬菌體生命周期的最佳描述,。裂解途徑是當(dāng)噬菌體侵入細菌后，利用宿主菌的核糖體合成子代噬菌體,，引起宿主細菌的裂解死亡,，釋放出子代噬菌體；溶原途徑是溶原性噬菌體（溫和性噬菌體）將DNA整合到宿主基因組,，隨細菌基因組復(fù)制而復(fù)制,，并不裂解宿主菌。然而,，發(fā)現(xiàn)越來越多的噬菌體可通過其他途徑完成生命周期,，使噬菌體經(jīng)典的裂解-溶原途徑受到了挑戰(zhàn)。其中,，假溶原（Pseudolysogeny）狀態(tài)和攜帶者狀態(tài)（carrier state）可能廣泛的存在,，并具有重要的生態(tài)作用，但當(dāng)前對兩者的研究不足和認識不夠深入,。因此,，本文將圍繞假溶原/攜帶者狀態(tài)展開，從它們的定義,、研究進展和研究挑戰(zhàn)等幾個方面進行簡述,，讓大家認識到噬菌體-宿主菌相互作用的復(fù)雜性，遠超經(jīng)典的裂解-溶原途徑,，并引起足夠的重視和促進相關(guān)的機制研究,。

假溶原（Psedolysogeny）和攜帶者狀態(tài)（carrier state）定義

1.1

回顧混亂的定義歷程

1963年,，Stent[1]將假溶原狀態(tài)的細菌描述為能吸附噬菌體顆粒，但對感染有抵抗力的細菌,。Stent[1]進一步將假溶原狀態(tài)的細菌描述為：細菌的細胞表面吸附有噬菌體顆粒,，其中存在偶然的機會讓噬菌體進入部分細菌細胞進行繁殖。幾年后,，Baess[2]給出了更詳細的描述,，他認為假溶原狀態(tài)的細菌，噬菌體不整合到宿主菌的基因組上,，而是以獨立狀態(tài)存在于細胞中,，并且使用誘導(dǎo)溶原噬菌體的方法并不能將這些噬菌體誘導(dǎo)出來。而且,，Baess[2]認為假溶原狀態(tài)的細菌可以通過抗噬菌體血清培養(yǎng)或單菌落分離導(dǎo)致假溶原狀態(tài)的消失,。

Barksdale&Arden[3]認為假溶原或者攜帶者狀態(tài)都是噬菌體在部分細菌群體中繁殖的狀態(tài)；而且,，兩者是由于敏感細菌細胞表面的受體數(shù)量減少或溫和噬菌體自發(fā)突變?yōu)榱呀鉅顟B(tài)的過程中導(dǎo)致了假溶原或者攜帶者狀態(tài)的產(chǎn)生,。同樣，Ackermann&DuBow[4]將假溶原狀態(tài)定義為培養(yǎng)中的細菌只有一部分被噬菌體感染,，而且這些噬菌體不整合到宿主菌基因組中,，而且可通過抗血清處理或亞克隆分離使假溶原狀態(tài)消失。研究者認為這種相互作用在敏感細胞和抗性細胞的混合物或攜帶原噬菌體的細菌和烈性噬菌體的混合物中產(chǎn)生,。Ackermann&DuBow[4]認為攜帶者狀態(tài)是類似質(zhì)粒狀態(tài)的前噬菌體導(dǎo)致的溶原,。

Ripp&Miller[5,6]將假溶原狀態(tài)描述為一種噬菌體-宿主菌相互作用的類型，其中噬菌體既沒有整合到宿主染色體中也沒有引起裂解,，而是以非活動狀態(tài)存在于細胞中,。與溶原狀態(tài)相反，假溶原狀態(tài)的噬菌體基因組可以不與宿主染色體同步復(fù)制,，導(dǎo)致噬菌體基因組以不對稱方式遺傳到子代細胞,。而且，有趣的是,，Ripp&Miller[5,6]認為假溶原狀態(tài)需要特定的環(huán)境條件,，比如在極度饑餓的情況下，由于沒有足夠的能量讓噬菌體啟動裂解或溶原周期,；而且,，隨著環(huán)境條件的改善（獲得更多可用的能量）,，假溶原狀態(tài)將轉(zhuǎn)換為裂解或者溶原狀態(tài),。Ripp&Miller[5,6]認為假溶原狀態(tài)讓噬菌體在不利的環(huán)境條件下得以生存。

Abedon[7]認為假溶原狀態(tài)是生長不良的細菌攜帶了暫時不復(fù)制的噬菌體基因組,，而攜帶者狀態(tài)則指的是僅通過裂解部分細菌來維持噬菌體繁殖的狀態(tài),。因此,，噬菌體抗性和噬菌體敏感性細菌的基因可能不同，也可能相同,，其取決于噬菌體不依賴或依賴機制產(chǎn)生的表型差異,。

綜上所述，研究人員早已認識到噬菌體-宿主相互作用的復(fù)雜性,，超出了經(jīng)典的裂解-溶原途徑,。然而，長期以來關(guān)于噬菌體假溶原/攜帶者狀態(tài)的概念和術(shù)語上的混淆,，猶如盲人摸象（圖1）,，阻礙了這類超越經(jīng)典的裂解-溶原途徑的相關(guān)研究的進展。

圖1 盲人摸象（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

1.2

單細胞水平或群體水平進行重新定義

2021年,，Mantynen[8]從單細胞水平定義了假溶原狀態(tài),，認為其是一種常發(fā)生在細菌能量缺乏條件下的發(fā)育停滯狀態(tài)，此時的噬菌體基因組不復(fù)制,，并不對稱地傳遞給子代細胞（表1,；圖2A）。同時,，從群體水平定義了攜帶者狀態(tài),，認為其是指噬菌體和細菌在群體水平上的穩(wěn)定平衡，并且敏感細菌和抗性細菌的共存（表1,；圖2B）,。假溶原/攜帶者狀態(tài)被認為是在不利條件下維持噬菌體和細菌之間的平衡，能促進基因的水平轉(zhuǎn)移,。

圖2 假溶原/攜帶者狀態(tài)的感染策略模式圖[8],。（A）假溶原狀態(tài)顯示一個停滯的噬菌體發(fā)育階段，其中未整合的噬菌體基因組不對稱地傳遞給子代細胞,。子代細胞可能通過噬菌體基因組的遺傳或免疫因子（如噬菌體P22）對重復(fù)感染產(chǎn)生抗性(用紅色“×”表示),。隨后的細胞分裂稀釋免疫因子，細菌亞群最終對噬菌體感染變得敏感(用綠色“√”表示),。（B）攜帶者狀態(tài)描述噬菌體和細菌的混合物處于群體水平上的動態(tài)平衡,，這是由于抗性細菌中存在敏感變異(易受噬菌體感染，因此容易發(fā)生噬菌體誘導(dǎo)裂解),?？故删w的亞群可能是由宿主細胞的遺傳和生理變化引起的。如圖,，噬菌體受體(野生型菌毛,，橙色)的缺乏(無菌毛)或表型變化(菌毛突變體，藍色)或細胞內(nèi)噬菌體顆粒的存在誘導(dǎo)了噬菌體抗性的產(chǎn)生

噬菌體假溶原/攜帶者狀態(tài)的研究進展

近年來,，在不同的細菌群體中發(fā)現(xiàn)了噬菌體假溶原/攜帶者狀態(tài)的存在,。很多文獻僅描述了噬菌體載體狀態(tài)的發(fā)現(xiàn),，并未對其進行機制研究，鮮有的幾個例子進行了較深入的研究,，具體詳情如下：

Connerton IF團隊[9]發(fā)現(xiàn),，空腸彎曲桿菌（Campylobacter jejuni）中的一些噬菌體存在較穩(wěn)定的攜帶者狀態(tài)，烈性噬菌體可以持續(xù)與空腸彎曲桿菌結(jié)合,，但并未發(fā)生基因組結(jié)合到宿主菌的基因組上,，如圖3所示。而且,，研究發(fā)現(xiàn)處于攜帶者狀態(tài)的空腸彎曲桿菌運動性減弱,，可能是鞭毛基因的突變，損害了鞭毛運動和噬菌體吸附[10],。

圖3 空腸彎曲桿菌的裂解狀態(tài)-攜帶者狀態(tài)的感染過程示意圖[8]

Cenens W等人[11]在觀察到鼠傷寒沙門菌（Salmonella typhimurium）的溫和噬菌體P22進入溶原途徑之前,，存在短暫的攜帶者狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),，溫和噬菌體P22通過這種策略,，可以在感染群體中維持垂直-水平傳播途徑，而不會損害與宿主的穩(wěn)定共存,。同時,，雖然高濃度的溫和噬菌體P22通常被認為會推動其向宿主細胞的溶原轉(zhuǎn)換，但Staes等人[12]發(fā)現(xiàn)溫和噬菌體P22可以利用攜帶者狀態(tài)的動力學(xué)和其重復(fù)感染排斥因子的表達,，來提高宿主細胞亞群發(fā)生裂解（圖4）,。

圖4 重復(fù)感染排斥因子驅(qū)動溫和噬菌體P22的垂直-水平傳播轉(zhuǎn)換示意圖[11]

近期，王鵬/樂率團隊[13]發(fā)現(xiàn)鼠疫耶爾森氏菌（Yersinia pestis）噬菌體HQ103存在攜帶者狀態(tài),。而且,，研究發(fā)現(xiàn)鼠疫菌編碼的組蛋白樣核結(jié)構(gòu)蛋白H-NS在21℃高表達，以沉默該噬菌體的Cox啟動子Pe,，從而抑制其進入裂解周期,；而在37℃時，由于鼠疫菌H-NS的減少,，且該噬菌體抑制蛋白CI的截短以及啟動子Pc的突變,，從而使噬菌體HQ103從攜帶者狀態(tài)轉(zhuǎn)換成裂解狀態(tài)，裂解鼠疫菌（圖5）,。同時,，經(jīng)土壤中細菌-噬菌體協(xié)同進化實驗證實，在環(huán)境溫度（21℃）下,，噬菌體HQ103的攜帶者狀態(tài)可以促進噬菌體-宿主菌共存（圖5）,。

圖5 鼠疫菌編碼的溫度依賴性的組蛋白樣核結(jié)構(gòu)蛋白H-NS調(diào)控噬菌體HQ103裂解-攜帶者狀態(tài)轉(zhuǎn)換的機制示意圖[13]

噬菌體假溶原/攜帶者狀態(tài)的研究挑戰(zhàn)

整體上來說，當(dāng)前對噬菌體的假溶原/攜帶者狀態(tài)的了解和研究十分有限,，可歸因于以下幾個主要原因,。首先，由于各種技術(shù)困難和缺乏明確定義的特征,，識別它們具有挑戰(zhàn)性,。其次，當(dāng)前認為噬菌體的假溶原/攜帶者狀態(tài)往往相對不穩(wěn)定,，甚至認為假溶原/攜帶者狀態(tài)的產(chǎn)生需要使用特殊的設(shè)備,，如恒化器或發(fā)酵罐，與標準實驗室條件有很大差異,，從而增大了發(fā)現(xiàn)的難度,，也使它們的研究變得復(fù)雜。最后,，細菌群體中可能同時存在不止一種噬菌體感染模式,，目前常用的噬菌體分離檢測方法，更容易檢測到噬菌體經(jīng)典的溶原/裂解狀態(tài),，而掩蓋了噬菌體的假溶原/攜帶者狀態(tài)的發(fā)現(xiàn),。

結(jié)語

近些年，越來越多的噬菌體呈現(xiàn)假溶原/攜帶者狀態(tài),，體現(xiàn)了噬菌體假溶原/攜帶者狀態(tài)的普遍性,，其具有重要的生態(tài)學(xué)意義，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的裂解-溶原途徑,。但是,，基于它們可能是條件依賴的，短暫的或僅發(fā)生在受感染宿主細菌群體的一部分,，處于假溶原/攜帶者狀態(tài)的噬菌體經(jīng)常被忽視,，局限了學(xué)者對它們的認識和重視，希望本文的簡述能引起學(xué)者的關(guān)注和促進相關(guān)研究,。

參考文獻

[1] Stent GS. Bacterial Viruses. (Book Reviews: Molecular Biology of Bacterial Viruses). Science, 1964. 143.

[2] Baess I. Report on a pseudolysogenic mycobacterium and a review of the literature concerning pseudolysogeny. Acta Pathol Microbiol Scand B Microbiol Immunol, 1971. 79(3): p. 428-34.

[3] Barksdale L and Arden SB. Persisting bacteriophage infections, lysogeny, and phage conversions. Annu Rev Microbiol, 1974. 28(0): p. 265-99.

[4] Ackermann HW and Dubow MS. Viruses of prokaryotes. CRC Press, 1987.

[5] Ripp S and Miller RV. The role of pseudolysogeny in bacteriophage-host interactions in a natural freshwater environment. Microbiology (Reading), 1997. 143(6): p. 2065-2070.

[6] RippS and Miller RV. Dynamics of the pseudolysogenic response in slowly growing cells of Pseudomonas aeruginosa. Microbiology (Reading), 1998. 144 ( Pt 8): p. 2225-2232.

[7] Abedon ST. Disambiguating bacteriophage pseudolysogeny: an historical analysis of lysogeny, pseudolysogeny,and the phage carrier state. In Contemporary trends in bacteriophage research(ed. HT Aadms), 2009. pp 285-307. New York, NY: Nova Science Publisher.

[8] M?ntynen S, Laanto E, Oksanen HM, Poranen MM and Diaz-Munoz SL. Black box of phage-bacterium interactions: exploring alternative phage infection strategies. Open Biol, 2021. 11(9): p. 210188.

[9] Brathwaite KJ, Siringan P, Connerton PL and Connerton IF, Host adaption to the bacteriophage carrier state of Campylobacter jejuni. Res Microbiol, 2015. 166(6): p. 504-15.

[10] Liang L and Connerton IF. FlhF(T368A) modulates motility in the bacteriophage carrier state of Campylobacter jejuni. Mol Microbiol, 2018. 110(4): p. 616-633.

[11] Cenens, W., et al., Viral Transmission Dynamics at Single-Cell Resolution Reveal Transiently Immune Subpopulations Caused by a Carrier State Association. PLoS Genet, 2015. 11(12): p. e1005770.

[12] Staes I, Backer LE, Simones K, Lavigne R, Bernaerts K, and Aertsen A. Superinfection exclusion factors drive a history-dependent switch from vertical to horizontal phage transmission. Cell Rep, 2022. 39(6): p. 110804.

[13] Yang LH, Wang J, Lu SG, Zhong YH, Xong K, Liu XX, Liu B, Wang XX, Wang P and Le S. Temperature-dependent carrier state mediated by H-NS promotes the long-term coexistence of Y. pestis and a phage in soil. PLoS Pathog, 2023. 19(6): p. e1011470.

專家簡介

張婷婷,，貴州醫(yī)科大學(xué) 教授。中國生物工程學(xué)會噬菌體技術(shù)專業(yè)委員會委員,。研究方向為微生物病毒（主要包括噬菌體和真菌病毒）,。主持國家自然科學(xué)基金、國家博士后基金和省級多項科研項目,，并發(fā)表多篇學(xué)術(shù)型論文,。

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