《Current Biology》廣為人知的噬菌體感染又有新發(fā)現(xiàn)

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2024-08-06 10:33:00【大中小】

摘要：噬菌體進(jìn)入細(xì)胞的過程已經(jīng)被研究了50多年。

噬菌體——在細(xì)菌內(nèi)感染和復(fù)制的病毒——進(jìn)入細(xì)胞的過程已經(jīng)被研究了50多年。

在一項(xiàng)新的研究中，來自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員使用尖端技術(shù)在單細(xì)胞水平上觀察這一過程。物理學(xué)教授Ido Golding說：“在過去的十年中，噬菌體生物學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了爆炸式的發(fā)展，因?yàn)樵絹碓蕉嗟难芯咳藛T意識(shí)到噬菌體在生態(tài)學(xué)、進(jìn)化和生物技術(shù)方面的重要性。這項(xiàng)工作是獨(dú)一無二的，因?yàn)槲覀冊(cè)趩蝹€(gè)細(xì)菌細(xì)胞的水平上研究了噬菌體感染。”

圖1 共同感染的噬菌體阻礙彼此進(jìn)入細(xì)胞

噬菌體感染的過程包括病毒附著在細(xì)菌表面。接著，病毒將其遺傳物質(zhì)注入細(xì)胞。噬菌體進(jìn)入細(xì)胞后，要么迫使細(xì)胞產(chǎn)生更多的噬菌體并最終爆炸，這一過程被稱為細(xì)胞裂解，要么噬菌體將其基因組整合到細(xì)菌基因組中并保持休眠，這一過程被稱為溶原性。結(jié)果取決于有多少噬菌體同時(shí)感染細(xì)胞。單個(gè)噬菌體引起溶解，而多個(gè)噬菌體的感染導(dǎo)致溶原。

在目前的研究中，研究人員想知道，與細(xì)菌表面結(jié)合的感染噬菌體的數(shù)量是否與注射到細(xì)胞中的病毒遺傳物質(zhì)的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。為了做到這一點(diǎn)，他們熒光標(biāo)記了噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和里面的遺傳物質(zhì)。然后，他們培養(yǎng)大腸桿菌，使用不同濃度的感染噬菌體，并追蹤有多少噬菌體能夠?qū)⒆约旱倪z傳物質(zhì)注入大腸桿菌。

“自70年代以來，我們已經(jīng)知道，當(dāng)多個(gè)噬菌體感染同一個(gè)細(xì)胞時(shí)，它會(huì)影響感染的結(jié)果。在這篇論文中，我們能夠進(jìn)行精確的測(cè)量，這與迄今為止所做的任何研究都不一樣，”Golding說。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，噬菌體遺傳物質(zhì)的進(jìn)入可能會(huì)受到其他感染噬菌體的阻礙。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有更多的噬菌體附著在細(xì)胞表面時(shí)，相對(duì)較少的噬菌體能夠進(jìn)入細(xì)胞。

Golding說:“我們的數(shù)據(jù)顯示，感染的第一階段，噬菌體進(jìn)入，是一個(gè)重要的步驟，以前被低估了。我們發(fā)現(xiàn)，相互感染的噬菌體通過擾亂細(xì)胞的電生理來阻礙彼此的進(jìn)入。”

細(xì)菌的最外層不斷地處理電子和離子的運(yùn)動(dòng)，這些電子和離子對(duì)能量的產(chǎn)生和細(xì)胞內(nèi)外的信號(hào)傳遞至關(guān)重要。在過去的十年中，研究人員已經(jīng)開始意識(shí)到這種電生理在其他細(xì)菌現(xiàn)象中的重要性，包括抗生素耐藥性。這為細(xì)菌電生理在噬菌體生物學(xué)中的作用開辟了一條新的研究途徑。

圖2 噬菌體與細(xì)菌的比例

“通過影響實(shí)際進(jìn)入的噬菌體的數(shù)量，這些擾動(dòng)影響了裂解和溶原之間的選擇。我們的研究還表明，進(jìn)入會(huì)受到環(huán)境條件的影響，比如各種離子的濃度，”Golding說。

該團(tuán)隊(duì)有興趣改進(jìn)他們的技術(shù)，以更好地了解噬菌體進(jìn)入的分子基礎(chǔ)。

Golding說:“盡管我們的技術(shù)分辨率很高，但在分子水平上發(fā)生的事情對(duì)我們來說仍然是不可見的。我們正在考慮使用Minflux系統(tǒng)。計(jì)劃是檢驗(yàn)同樣的過程，但采用更好的實(shí)驗(yàn)方法。我們希望這能幫助我們發(fā)現(xiàn)新的生物學(xué)。”

參考資料

[1] Coinfecting phages impede each other's entry into the cell