我们用微信群聊，噬菌体们用啥群聊？

作者：贾行星（中国科学院动物研究所）

来源：投稿文章

说起溶原现象，大家的第一反应估计是分子生物学课本中lambda 噬菌体的内容吧。最近《自然》杂志上的一篇文章报道了侵染芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的溶原噬菌体phi3T如何通过一种六肽小分子的浓度高低来决定是否进入裂解或溶原过程的现象（点击左下角阅读原文）。故事的梗概如图1所示：当phi3T侵染枯草芽孢杆菌一段时间后可被继续侵染的细菌数量急剧减少，同时phi3T的数量和其分泌的一个成熟六肽（决定因子arbitrium）的浓度都快速上升，这个决定因子的浓度上升后会通过一个转运载体(OPP)进入到细菌内部抑制转录因子amiR的活性从而降低aimX基因的表达，进一步抑制了细菌的裂解，导致溶原过程大量出现，细菌正常生长。

图1来源论文

那么这个现象是如何被发现的？研究人员们之前推测细菌在遭到噬菌体侵染的时候就会释放一些信号分子来通知其他细菌有噬菌体出现。为了检测这个假设是否正确，研究人员选用了phi29, phi105, rho14 和 phi3T 四个噬菌体做了以下实验：首先研究人员将这四个噬菌体侵染枯草芽孢杆菌之后的培养液过滤去除细菌和噬菌体，重新接入枯草芽孢杆菌和不同的噬菌体来观测细菌的生长情况（图2a），结果意外的发现只有phi3T在phi3T之前侵染过枯草芽孢杆菌的培养滤液中对枯草芽孢杆菌的侵染裂解能力大幅降低，和预期的结果不一样（图2b）。由于这个现象很特殊，所以研究人员就转而研究为什么phi3T在其之前侵染过枯草芽孢杆菌的培养滤液中对枯草芽孢杆菌的侵染裂解能力降低这个问题了。

基于细菌群体感应的相关研究背景知识，研究人员推测可能是phi3T在第一次侵染细菌的时候分泌了某种小分子多肽导致了侵染裂解能力降低现象的出现。所以当研究人员将在群体感应过程中向细菌外部环境分泌小肽的转运载体OPP的一小段敲除之后发现phi3T侵染用滤液培养细菌的抑制裂解现象消失了（图2c），同时将侵染滤液用蛋白酶处理后抑制裂解现象的消失也证实了研究人员的初步猜测：一个小肽分子（决定因子）起决定性作用。介于phi3T是溶原性噬菌体，研究人员进一步检测到这个决定因子可以大幅提高溶原现象出现的比例（图2d）。之后当把phi3T的整个基因组序列拿到后发现一个和群体感应信号肽基因相类似的编码信号肽和Ser¬-Ala-¬Ile¬-Arg-¬Gly-¬Ala (SAIRGA)六肽的基因aimP，随后不同浓度的多肽实验进一步证明了SAIRGA六肽就是导致溶原现象大幅提高的原因。

图2来源论文

当确定六肽小分子来自于aimP基因后，研究人员根据原核生物中相同功能通路中的基因成簇聚集的特性又在aimP基因上游发现了预测为编码DNA 结合蛋白的基因aimR。进一步的实验证明aimR蛋白在SAIRGA六肽缺失的条件下会形成二聚体结合到aimP基因下游名为aimX的基因上游起始aimX RNA的转录,当SAIRGA六肽存在时就会和aimR蛋白结合起到阻止aimR蛋白形成二聚体的作用，同时也就抑制了噬菌体的裂解过程从而提高溶原现象出现的比例。

另外研究人员还在多个噬菌体中发现了aim 系列基因及相关六肽（图3a），并分析了这些小分子六肽的重要特性（图3b，c）。同时也根据多数aimX基因无编码蛋白的现象推测出aimX基因产物是以RNA形式参与调控噬菌体裂解和溶原现象的，至于aimX RNA如何调节裂解和溶原选择的过程还有待于进一步的研究揭示。

图3来源论文

这个研究是科学家首次发现噬菌体通过类似于细菌群体感应的机制来调节群体裂解和溶原选择的现象。最后，研究人员在文章的讨论部分推测这种现象可能并不仅仅局限于细菌病毒，这是一个值得进一步思考的问题。

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