科学家发现新颖毒素-抗毒素系统

中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队联合美国哈佛大学医学院教授Matthew K. Waldor团队、哈佛大学Hongbo R. Luo团队，研究发现了温和噬菌体编码的新颖的三组分的毒素-抗毒素系统，并解析了这一新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。相关成果近日在线发表于《自然-通讯》。

在微生物世界中，噬菌体（感染细菌的病毒）与宿主之间的相互作用一直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扮演重要角色。然而，关于Pf原噬菌体在生物膜中激活的机制仍是一个谜。揭示这些复杂的生物学过程对于寻找新的治疗策略，发现和认识丝状噬菌体的生物学和生态学功能具有重要的意义。

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。研究团队供图

该研究中，研究人员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（kinase-kinase-phosphatase）的双重功能。原噬菌体诱导通常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来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。此外，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，抑制了烈性噬菌体的繁殖。

KKP的发现将毒素-抗毒素系统引入了宿主-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存在。KKP代表了一种基于磷酸化的温和噬体激活和防御噬菌体的机制，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博弈的筹码。

上述研究得到国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、广东省本土创新团队等项目的资助。

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