發(fā)布日期:2022-09-27 發(fā)布人:潤(rùn)達(dá)生物
本文通過對(duì)溶源性噬菌體DMS3的解析,發(fā)現(xiàn)在噬菌體中編碼Aqs1蛋白的基因。這項(xiàng)研究突出了噬菌體蛋白結(jié)合多種宿主蛋白并破壞關(guān)鍵生物學(xué)途徑的非凡能力。
2021年由多倫多大學(xué)生物化學(xué)系,Karen L.Maxwell發(fā)表在Molecular Cell上的一篇文章“A phage-encoded anti-activator inhibits quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa”,揭示了溶原性噬菌體DMS3的基因組編碼了一種Anti-activator蛋白—Aqs1,能結(jié)合銅綠中LasR蛋白的DNA結(jié)合區(qū)域,從而抑制銅綠假單胞菌群體感應(yīng)中的多個(gè)噬菌體防御機(jī)制,如Aqs1能結(jié)合PilB基因,抑制了銅綠菌毛的產(chǎn)生。在本文中使用的噬菌體DMS3又是以菌毛作為受體的。作者發(fā)現(xiàn)LasR在銅綠群體感應(yīng)的調(diào)節(jié)通路中處于上游位置,同時(shí)影響著其他幾個(gè)針對(duì)噬菌體的防御系統(tǒng),但是由于Aqs1的結(jié)合,使得下游的噬菌體防御系統(tǒng)癱瘓,保證了DMS4對(duì)PA14的感染力。本文更深層次地揭示了細(xì)菌和噬菌體在進(jìn)化中互相制約,彼此進(jìn)化的潛力。
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那Aqs1到底是如何發(fā)現(xiàn)的呢?首先,作者通過將DMS3中的14個(gè)非保守基因分別在銅綠假單胞菌PA14中表達(dá),發(fā)現(xiàn)其中Aqs1的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌表型有大的轉(zhuǎn)變,特別是在細(xì)菌的轉(zhuǎn)動(dòng)能力、綠青素的產(chǎn)生、毒力因子的產(chǎn)生或者噬菌體抗性方面。通過對(duì)已有的報(bào)道研究發(fā)現(xiàn),銅綠噬菌體D3112中Tip的表達(dá)對(duì)溶源菌的轉(zhuǎn)動(dòng)性能有影響;而在另一株噬菌體JBD24中也發(fā)現(xiàn)使溶源菌的轉(zhuǎn)動(dòng)性受到抑制的情況。通過序列比對(duì)發(fā)現(xiàn),這三株噬菌體同屬M(fèi)P22—Like病毒家族,而且這部分基因顯示出了序列和位置上的相似性。
作者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在噬菌體感染發(fā)生的早期Aqs1就已經(jīng)開始產(chǎn)生。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)Aqs1在感染細(xì)菌早期就已經(jīng)產(chǎn)生,所以當(dāng)細(xì)菌密度上升的時(shí)候,Aqs1就抑制了細(xì)菌之間群體感應(yīng)引發(fā)的噬菌體防御系統(tǒng)。
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作者在aqs1基因上刪除177bp的片段,改造為DMS3Δaqs1,感染PA14,發(fā)現(xiàn)Aqs1并不會(huì)影響噬菌體的產(chǎn)生的總量,無論是噬菌體自然進(jìn)入裂解周期或者是由絲裂霉素誘導(dǎo)產(chǎn)生。但是aqs1的敲減,確實(shí)會(huì)影響菌毛的產(chǎn)生,而菌毛作為DMS3的受體,所以從圖3E中,發(fā)現(xiàn)溶源菌PA14(DMS3)對(duì)噬菌體的抗性比溶源菌PA14(DMS3Δaqs1)要更強(qiáng),這是因?yàn)锳qs1的表達(dá)阻止了超感染的發(fā)生。而在液體體系中,噬菌體DMS3Δaqs1存在的時(shí)候,也表現(xiàn)出相同的結(jié)果(圖3F)。
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之后,研究者對(duì)Aqs1的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)做了解析,是一個(gè)蛋白質(zhì)二聚體的結(jié)構(gòu),每個(gè)單體由兩個(gè)α螺旋構(gòu)成。通過EMAS實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了Aqs1是通過和LasR的DNA結(jié)合域作用而發(fā)揮作用的。通過比對(duì)Aqs1和JBD24、Tip序列中的不同點(diǎn),對(duì)Aqs1進(jìn)行突變,發(fā)現(xiàn)Aqs1中和LasR的DNA作用的序列位于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部螺旋上,而影響PilB的位點(diǎn)則是位于蛋白質(zhì)表面的Trp45和Phe19。研究發(fā)現(xiàn),通過對(duì)這些部位的突變,都相應(yīng)地影響著細(xì)菌的轉(zhuǎn)動(dòng)性和綠青素的產(chǎn)量。
小結(jié)
本文通過對(duì)溶源性噬菌體DMS3的解析,發(fā)現(xiàn)在噬菌體中編碼Aqs1蛋白的基因。這項(xiàng)研究突出了噬菌體蛋白結(jié)合多種宿主蛋白并破壞關(guān)鍵生物學(xué)途徑的非凡能力。由于群體感應(yīng)影響各種針對(duì)噬菌體防御,因此Aqs1提供了一種機(jī)制,感染噬菌體可同時(shí)抑制多種防御系統(tǒng)。由于群體感應(yīng)系統(tǒng)廣泛分布于細(xì)菌之間,這種噬菌體反防御機(jī)制可能在噬菌體宿主進(jìn)化動(dòng)力學(xué)中發(fā)揮重要作用。