Science：植物病原菌重新利用噬菌体衍生成分选择性杀死竞争细菌

了解影响植物病原菌传播的因素对于制定疾病预防策略至关重要。病原菌必须克服植物免疫防御、与微生物竞争并抵抗噬菌体才能定植于植物。宿主遗传特性会影响对病原菌的抑制作用，但周围微生物群的作用仍不清楚。广泛存在的噬菌体（称为细菌病毒）和噬菌体衍生成分会选择性杀死细菌。这些噬菌体衍生成分源自噬菌体祖先，靶向共同存在的细菌菌株，从而潜在地影响微生物群落。尽管它们普遍存在，但它们对植物微生物群和病原菌传播的影响在很大程度上仍然未知。

以前的研究已发现拟南芥的野生种群被遗传上多样的没有优势菌株的假单胞菌种群定殖。即使在单株植物中，绿黄假单胞菌（Pseudomonas viridiflava）感染也包括多种共存菌株。是什么阻止了单一致病菌谱系的传播？宿主免疫多样性可能会导致病原菌的多样性，但植物微生物组也可能起到一定作用。鉴于噬菌体和噬菌体衍生成分在假单胞菌种群中的普遍存在及其对特定菌株的杀伤活性，来自犹他大学和伦敦大学学院的研究人员在一项新的研究中假设对噬菌体成分的敏感性差异可能会抑制特定菌株。

相关研究结果发表在2024年6月14日的Science期刊上，论文标题为“A phage tail–like bacteriocin suppresses competitors in metapopulations of pathogenic bacteria”。

这些作者发现了一个丰富的病毒簇（viral cluster），它在不同的致病菌株中都是保守的。该病毒簇并不编码完整的噬菌体，而是编码tailocin，即一种会被细菌用来杀死竞争细菌的噬菌体衍生成分。每种致病性假单胞菌株都携带几种不同的tailocin变体之一，而这些变体靶向共生病原菌外膜上的可变多糖。对历史标本馆样本的分析表明，相同的tailocin和外膜变体在假单胞菌种群中至少存在了两个世纪，这表明一组确定的tailocin单倍型和受体仍在继续使用。这些研究结果支持这样一种模式，即在野生拟南芥种群中，tailocin和共生假单胞菌菌株的外膜正在协同进化。不同的tailocin和外膜单倍型在不同的时间和空间中得以保持。

图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.ado0713

综上所述，复合种群（metapopulation）中存在有限的tailocin单倍型，这可能反映了有限的抗性机制。这项新研究的发现为确定tailocin对不同菌株的特异性以及确定这种特异性的机制提供了路线图。tailocin疗法与噬菌体疗法类似，有望成为传统抗生素的替代疗法。初步研究表明它能有效抑制多种植物和动物模型中的病原菌。然而，与任何抗菌疗法一样，抗药性也可能产生。他们的研究结果表明，利用病原菌遗传多样性的“tailocin混合物”可能通过同时靶向复合种群来减轻抗药性。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Talia Backman et al. A phage tail–like bacteriocin suppresses competitors in metapopulations of pathogenic bacteria. Science, 2024, doi:10.1126/science.ado0713.