研究发现温和噬菌体编码的新颖毒素-抗毒素系统

中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室王晓雪团队联合美国哈佛大学医学院Matthew K. Waldor团队，发现了温和噬菌体编码的新颖的三组分毒素-抗毒素系统，并解析了这一系统在温和噬菌体溶原裂解转化和噬菌体防御方面的双重功能。相关研究成果以Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module为题，在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

微生物世界中，噬菌体（感染细菌的病毒）与宿主之间的相互作用是生物学研究的热点。丝状噬菌体广泛存在于自然界中，可以侵染细菌和古菌宿主。假单胞菌属的Pf丝状噬菌体在生物膜形成和毒力中发挥重要作用。然而，Pf原噬菌体在生物膜中激活的机制尚不清楚。研究这些复杂的生物学过程对于寻找新的治疗策略、剖析丝状噬菌体的生物学和生态学功能具有重要意义。

该研究报道了铜绿假单胞菌中的丝状温和噬菌体携带的三组分毒素-抗毒素系统KKP的双重功能。通常，原噬菌体诱导通过控制噬菌体阻遏蛋白活性进行调节。例如，宿主因子对阻遏蛋白的特异性切割使其失活以激活噬菌体的裂解途径。毒素KK的其中一个靶标是宿主的拟核结合蛋白MvaU。KKP通过激酶和磷酸酶活性之间的平衡来控制MvaU的磷酸化水平，从而调控丝状噬菌体的溶原-裂解转化及噬菌体颗粒的产生。进而，研究发现，抗毒素活性被烈性噬菌体的复制蛋白抑制，激活毒素KK活性，抑制烈性噬菌体的繁殖。

研究显示，KKP将毒素-抗毒素系统引入到宿主-噬菌体相互作用的模型，作为控制温和噬菌体裂解的开关和烈性噬菌体入侵的盾牌，通过可逆翻译后修饰发挥功能，位于环境信号、噬菌体复制和宿主生理状态的交汇中心。KKP基因簇在超过1000种不同的温和原噬菌体中存在。KKP代表了基于磷酸化的温和噬体激活和防御噬菌体机制，揭示了毒素-抗毒素系统是自然界温和噬菌体和烈性噬菌体两大类噬菌体之间竞争的筹码。

研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及广东省等的支持。

KKP控制温和噬菌体的溶原裂解转化和抵抗烈性噬菌体入侵的机制