Nature子刊：以前所未有的细节观察噬菌体攻击细菌的过程

　　由噬菌体专家Graham Hatfull领导的团队开发的新方法和工具提供了一个机会，以前所未有的细节观察噬菌体攻击细菌。

　　

   

   

视频:由噬菌体Fionnbharth基因工程突变体感染耻垢分枝杆菌。在感染过程中可以看到三个步骤:1)一个噬菌体颗粒与细菌细胞结合，在视频中0.42秒时可以看到一个红点。2)视频开始两秒钟，噬菌体将DNA注入细胞的地方可以观察到绿色荧光。绿色荧光直接来自噬菌体DNA(忽略细胞最末端的亮绿色点)。在接下来的几秒钟内，绿色标记的DNA形成噬菌体复制区(ZOPR)并在细胞内扩散。3) 6点25秒，裂解发生，细胞爆炸。总时间约为3小时。

来源:Charles Dulberger

由于抗菌素耐药性，一些抗生素的使用变得过时，一些人已经转向杀灭细菌的病毒来治疗急性感染和一些慢性疾病。

Graham Hatfull是皮特大学肯尼思·迪特里希艺术与科学学院埃伯利家族生物技术教授，他率先使用这些病毒——噬菌体，来治疗囊性纤维化等慢性疾病的感染。尽管耐药性的重要性可能与抗生素的早期发现不一致，但Hatfull致力于了解细菌如何对噬菌体产生耐药性。

他的实验室刚刚发现了一种细菌的特定突变是如何导致噬菌体抗性的。研究结果发表在2月23日的《自然微生物学》杂志上。

他的团队开发的新方法和工具使他们有机会以前所未有的细节观察噬菌体攻击细菌的过程。随着噬菌体治疗应用的扩大，这些工具可以帮助其他人更好地理解不同的突变如何保护细菌免受噬菌体的入侵。

在这项研究中，研究小组从耻垢分枝杆菌（mycobacterium smegmatis，Msme）开始，它是导致结核病、麻风病和其他难以治疗的慢性疾病的细菌的无害“亲戚”。然后，他们分离出一种对噬菌体Fionnbharth具有抗性的细菌突变形式。

为了了解lsr2基因的特定突变如何帮助这些耐药细菌对抗噬菌体，研究小组首先需要了解噬菌体是如何在没有相关突变的情况下杀死细菌的。

Carlos Guerrero-Bustamante是Hatfull实验室的一名四年级研究生，他为这项研究对两种特殊的噬菌体进行了基因改造。其中一些在进入细菌细胞时产生红色荧光。其他的DNA片段会粘附在荧光分子上，这样噬菌体DNA就会在被感染的细胞中发光。

根据荧光标志，“我们可以看到噬菌体DNA进入细胞的位置，” Guerrero-Bustamante说。他们使用的成像方法是由Charles Dulberger设计的，他是这篇论文的合作者和共同第一作者。

“我们第一次看到噬菌体如何迈出与细胞结合的第一步，并将其DNA注入细菌，然后我们应用这些见解来提问，‘那么，如果我们摆脱Lsr2蛋白，会有什么不同?’”

Lsr2和噬菌体抗性之间的联系此前并不为人所知，但通过他们的新方法和工具，研究小组清楚地看到了它所发挥的关键作用。

通常，Lsr2帮助细菌复制自己的DNA。然而，当噬菌体攻击时，病毒会吸收这种蛋白质，利用它复制噬菌体DNA并压倒细菌。当lsr2基因缺失或有缺陷时——就像抗噬菌体耻垢分枝杆菌那样——细菌就不能制造蛋白质，噬菌体也不能复制到足以接管细菌细胞的程度。

这是一个意外。

Hatfull说:“我们不知道Lsr2与噬菌体有任何关系。”

这些新工具可以用来发现所有写在抗噬菌体细菌基因中的惊喜。它还可以帮助今天的研究人员和明天的临床医生更好地理解和利用噬菌体的能力，同时避免导致抗生素耐药性的失误。

Hatfull说:“这篇论文只关注一种细菌蛋白质，”它只对一种噬菌体具有抗性，但它的影响是广泛的。“有很多不同的噬菌体和很多其他蛋白质。”

文章标题

Mycobacterial nucleoid-associated protein Lsr2 is required for productive mycobacteriophage infection