南方科技大學(xué)梁海華、陸軍軍醫(yī)大學(xué)樂(lè)率等在 Nature Microbiology 期刊發(fā)表了標(biāo)題為：Bacteriophage protein Dap1 regulates evasion of antiphage immunity and Pseudomonas aeruginosa virulence impacting phage therapy in mice 的研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)了銅綠假單胞菌噬菌體PaoP5中的噬菌體蛋白Dap1具有雙重功能：調(diào)控宿主細(xì)菌行為和防御Lon蛋白酶介導(dǎo)的新型噬菌體抵抗機(jī)制。此外，Dap1可提高噬菌體的生存優(yōu)勢(shì)、顯著提升噬菌體治療效率。

研究團(tuán)隊(duì)首先探索了裂解性噬菌體PaoP5的早期表達(dá)蛋白對(duì)銅綠假單胞菌PAO1的影響，發(fā)現(xiàn)噬菌體的Dap1蛋白可通過(guò)與c-di-GMP磷酸二酯酶DipA結(jié)合并干擾其功能，使細(xì)胞內(nèi)c-di-GMP水平提高，從而抑制細(xì)菌運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)生物被膜形成能力。

此外，在銅綠假單胞菌感染的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)Dap1蛋白會(huì)顯著降低細(xì)菌毒力，這表明噬菌體可能通過(guò)其編碼蛋白抑制銅綠假單胞菌的致病性。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對(duì)噬菌體與細(xì)菌相互作用的理解，而且為開(kāi)發(fā)針對(duì)銅綠假單胞菌的小分子抑制劑提供了全新的策略和思路。

圖1：噬菌體Dap1蛋白既能抑制銅綠假單胞菌毒力又能反宿主的噬菌體防御、并能顯著提升噬菌體治療效率

同時(shí)，在PaoP5中刪除dap1基因會(huì)顯著抑制噬菌體的適應(yīng)性并導(dǎo)致噬斑變小。研究團(tuán)隊(duì)先通過(guò)蛋白質(zhì)組技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了dap1的缺失會(huì)導(dǎo)致噬菌體的HNH核酸酶顯著減少。HNH核酸酶與噬菌體末端酶共同參與了噬菌體基因組的包裝。因此，PaoP5 Δdap1產(chǎn)生的子代大多數(shù)缺少基因組，使得噬菌體的爆發(fā)量顯著下降。進(jìn)而，研究團(tuán)隊(duì)提出一種假設(shè)：噬菌體的HNH核酸酶可以被細(xì)菌的防御系統(tǒng)降解，而Dap1蛋白是一種反防御蛋白，從而保護(hù)了HNH核酸酶不被降解。生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一假設(shè)，細(xì)菌的LON蛋白酶可直接降解噬菌體的HNH核酸酶，表明細(xì)菌的蛋白酶是一種全新的噬菌體防御元件；而Dap1蛋白則可以通過(guò)與HNH核酸酶結(jié)合，實(shí)現(xiàn)反防御作用，抵抗LON蛋白酶的降解。

在小鼠模型中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，噬菌體PaoP5Δdap1的治療效果效率顯著低于野生株P(guān)aoP5，且在PaoP5Δdap1處理的小鼠中，細(xì)菌清除率也明顯下降。上述結(jié)果表明，噬菌體產(chǎn)生子代噬菌體的數(shù)量對(duì)噬菌體治療的成功至關(guān)重要，高效的噬菌體自我復(fù)制是噬菌體治療成功的優(yōu)勢(shì)和關(guān)鍵因素。

圖2：噬菌體Dap1蛋白抑制細(xì)菌毒力及逃避細(xì)菌防御系統(tǒng)的機(jī)制示意圖

綜上，該研究深入揭示了噬菌體蛋白Dap1的雙重功能：它不僅能夠調(diào)控細(xì)菌的行為，而且還能幫助噬菌體逃避由細(xì)菌Lon蛋白酶所介導(dǎo)的噬菌體防御，顯著提升了噬菌體的適應(yīng)性和生存能力。這些發(fā)現(xiàn)不僅為我們理解噬菌體如何通過(guò)進(jìn)化策略來(lái)增強(qiáng)其在宿主環(huán)境中的適應(yīng)性提供了新視角，也為噬菌體療法的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了潛在的新思路。

南方科技大學(xué)梁海華教授為論文通訊作者，陸軍軍醫(yī)大學(xué)樂(lè)率副教授、王競(jìng)副教授、南方科技大學(xué)訪問(wèn)學(xué)生衛(wèi)蕾蕾為論文共同第一作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及深圳市科創(chuàng)委重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。