细菌毒素-抗毒素系统参与噬菌体生命周期调控取得新进展

近期，Cell Reports 杂志在线发表了华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、湖北洪山实验室蛋白质科学研究团队的研究论文，题为“Bacterial MazF/MazE toxin-antitoxin suppresses lytic propagation of arbitrium-containing phages”，该研究阐述了噬菌体裂解溶原决定的新型调控机制。

噬菌体是地球上丰度最高的生物体。40~50%的细菌基因组上携带噬菌体DNA，以溶原菌的形式存在。噬菌体裂解溶原转换可以改变宿主细菌的表型和生理特性，影响细菌的代谢、毒力和抗生素抗性等。

近年来，在噬菌体中鉴定出类似细菌群体感应的信息交流系统，调控其生命周期。噬菌体感染宿主细胞后，分泌信号短肽至胞外，短肽积累到一定浓度时，进入胞内与受体结合，促进噬菌体从裂解向溶原状态转换。这是第一个在病毒中被发现的信号交流系统，称为“arbitrium”系统，在芽胞杆菌噬菌体或细菌移动元件中广泛存在。然而，信号短肽与受体结合后，如何在噬菌体溶原决定中发挥作用，下游的信号通路和分子机理尚不清楚。

图 信号短肽调控噬菌体裂解溶原决定的信号通路

作者通过RNA-seq鉴定在噬菌体感染细菌过程中信号短肽促进下游一个基因簇的表达，进一步确定yopM基因抑制噬菌体的裂解周期，yopR基因促进溶原的发生。结合质谱分析，发现噬菌体YopM蛋白可以靶向宿主细菌毒素-抗毒素MazEF系统，通过竞争性结合抗毒素MazE，促进毒素MazF核酸酶对RNA的降解。作者证明，在信号短肽作用下，细菌MazEF复合物引起噬菌体的流产感染，引起细菌死亡，抑制噬菌体裂解途径，这种机制在SPbeta类噬菌体中是保守存在的。以上研究结果鉴定了噬菌体信号分子调控其生命周期的关键基因，也是首次发现噬菌体蛋白可以激活细菌的毒素-抗毒素系统，为理解细菌-噬菌体共同生存和进化提供了新的见解。

课题组围绕“噬菌体与宿主互作及信号调控”，研究信号短肽调控噬菌体生命周期的工作模型（Nature Microbiology，2018；Cell Discovery，2019）和细菌抵抗噬菌体感染的分子机制（Nature Microbiology，2022）。本项工作阐明信号短肽调控噬菌体溶原决定的信号通路，是聚焦噬菌体信号交流系统的又一突破。