【噬纪家园】重磅!AI设计噬菌体首次用于患者;诺奖团队:首次发现细菌免疫第二信使新来源:tRNA;噬菌体小RNA兼具免疫抑制与基因编辑功能

26

【行业进展】AI设计噬菌体首次用于耐药菌感染患者；德国资助开发个体化噬菌体快速匹配新方法

【科研进展】噬菌体小RNA抑制CRISPR-Cas9并实现可编程基因编辑；利用基因模块化网络发现3种新型噬菌体防御系统；Cas13切割tRNA产生第二信使，激活细菌抗噬菌体免疫；细菌通过降解和磷酸化噬菌体尾纤维阻断其感染能力；细菌趋化性驱动裂解性噬菌体的稳定传播与宿主共存；细菌抗噬菌体免疫的分子调控与反防御机制；工程化发光噬菌体实现肺炎克雷伯菌多荚膜型快速分型；噬菌体化自驱动微马达实现铜绿假单胞菌快速高灵敏检测

相关阅读

相关阅读

近日，来自北京大学和厦门大学的云彩红、陈霁云及刘亮团队发现一种能够抑制CRISPR-Cas9的噬菌体小RNA，并通过重新编程将其应用于基因编辑。此前发现的抗CRISPR分子主要是蛋白质，近年来虽陆续发现RNA型抗CRISPR分子，但尚未发现能够抑制II型CRISPR-Cas9系统的此类RNA。研究人员从链球菌噬菌体Javan584中鉴定出一种长约111个核苷酸的小RNA(rAcrIIA1)，其结构高度类似单导向RNA(sgRNA)，可直接结合Cas9，竞争性阻止正常引导RNA装载，从而抑制DNA切割，帮助噬菌体逃避细菌免疫防御。这是首次发现能够抑制II型CRISPR-Cas9系统的RNA型抗CRISPR分子。进一步研究发现，通过人为重新编程其引导序列，rAcrIIA1能够引导Cas9特异性切割DNA，在细菌和哺乳动物细胞中实现基因调控与编辑，效果与传统sgRNA相当，并表现出更强的反式切割(trans-cleavage)活性。该研究揭示了噬菌体抑制CRISPR-Cas9的新机制，也为基因编辑和核酸检测提供了新的RNA工具。

近日，来自荷兰代尔夫特理工大学的Stan J.J. Brouns团队开发了一种发现细菌抗噬菌体防御系统的新方法，并成功鉴定出3种此前未知的防御系统。细菌拥有多种抵御噬菌体感染的免疫系统，但仍有大量未知系统有待发现。研究人员发现，不同防御系统可能共享某些功能基因或蛋白结构域，因此可以通过分析这些共同组件，寻找尚未被识别的防御系统。基于这一思路，团队分析了541个铜绿假单胞菌基因组，构建基因模块共享网络，获得515个候选基因簇，并从选取的5个候选系统中成功验证3种新型防御系统。其中，Dionysus和Ophion均能使特定巨型噬菌体的噬斑形成效率降低超过100万倍，分别干扰噬菌体早期感染囊泡的形成或维持，以及阻止其进一步形成核样结构。另一种系统Hercules则结合限制-修饰(RM)与双组分调控模块，能够有效抑制其他类型噬菌体的增殖。该研究为系统性发现未知抗噬菌体防御系统提供了新方法，也拓展了对细菌免疫机制多样性的认识。

近日，来自加州大学伯克利分校和莫纳什大学的Jennifer A. Doudna与Gavin J. Knott团队发现，细菌能够通过切割转运RNA(tRNA)产生免疫第二信使，诱导感染细胞死亡，从而抵御噬菌体感染。此前已知的细菌免疫第二信使主要通过酶利用游离核苷酸等前体合成，而该研究揭示了一种直接切割tRNA产生免疫信号的新机制。研究人员发现，部分VI-B型CRISPR-Cas13系统由Cas13核酸酶与跨膜蛋白2TMβ共同构成。当Cas13识别靶RNA后，会切割宿主tRNA的反密码子环，释放特定单核苷酸和二核苷酸作为第二信使。这些信号分子进一步激活2TMβ，使其聚集并破坏细胞膜，最终导致感染细胞死亡，阻止噬菌体继续增殖。实验表明，完整防御系统可使部分噬菌体的噬斑形成效率降低最高约1万倍，而缺失2TMβ则使防御作用显著减弱或消失。该研究揭示了CRISPR-Cas13介导的一种新型免疫信号传递途径，首次证明tRNA切割产物能够作为第二信使激活细菌抗噬菌体防御。

近日，来自四川大学华西医院的研究团队发现了两种新型抗噬菌体防御系统。与传统流产感染(Abortive infection, Abi)通过杀死受感染细菌阻止噬菌体繁殖不同，这两种系统允许噬菌体完成复制和组装，却使其产生的子代失去感染能力。研究人员将其命名为TFAD1和TFAD2：前者利用丝氨酸蛋白酶降解噬菌体长尾纤维蛋白gp38，后者通过丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化长尾纤维蛋白gp36，干扰噬菌体后代的感染能力。在T2噬菌体实验中，TFAD1使子代噬菌体的感染性降低64倍，TFAD2则降低2140倍，分别有98.5%和99.95%的子代不具感染性。该研究揭示了细菌通过破坏噬菌体结构蛋白阻止其传播的新机制，并将这种不依赖感染前主动杀死宿主细胞的防御方式称为“被动流产感染”(passive Abi)。

近日，来自美国马里兰大学和英国埃塞克斯大学的研究团队揭示了裂解性噬菌体与宿主细菌长期共存的一种新机制。通常，裂解性噬菌体会杀死宿主，而细菌也可能通过产生抗性逃避感染，但两者在自然环境中却能够长期共存。研究人员利用大肠杆菌、铜绿假单胞菌及T4、T7、phiKZ等噬菌体，结合实验与数学模型发现，细菌的趋化性迁移（chemotactic migration）是维持这一现象的重要因素。当噬菌体感染迁移中的细菌时，会在菌群前沿形成局部裂解区域。由于细菌被裂解，该区域对化学诱导物的消耗减少，进而改变浓度梯度，吸引周围细菌向感染区域汇聚。与此同时，已感染细菌仍能随菌群迁移，并不断释放子代噬菌体，使感染区域持续获得新的易感宿主，形成稳定传播。实验显示，噬菌体能够随细菌迁移持续传播数天、跨越数十厘米，传播速度比在静止菌群中快约10倍。该研究表明，无需依赖细菌抗性与噬菌体反制机制的持续进化，仅凭细菌迁移形成的空间反馈，就能够促进裂解性噬菌体与宿主的稳定共存。

近日，来自加拿大多伦多大学的Karen Lee Maxwell团队发表综述，系统梳理了细菌抗噬菌体免疫的分子调控机制，以及噬菌体突破宿主防御的策略。文章围绕“感染识别—免疫激活—防御执行”三个关键环节，归纳了细菌免疫系统的共同调控规律。在感染识别阶段，细菌既能直接识别噬菌体核酸、结构蛋白等外源成分，也能通过监测细胞膜、基因组完整性及代谢状态的变化间接感知感染。随后，免疫系统通过蛋白构象变化(conformational change)、寡聚化(oligomerization)及第二信使(second messenger)信号放大等方式激活防御效应器，直接破坏噬菌体核酸、干扰病毒组装，或通过抑制宿主代谢和诱导流产感染(abortive infection)阻断噬菌体增殖。与此同时，噬菌体也演化出相应的反防御机制，包括阻止宿主识别、抑制免疫复合物组装、降解或捕获第二信使，以及恢复被免疫系统破坏的宿主功能。文章强调，细菌免疫与噬菌体反防御往往围绕相同的分子调控环节展开竞争，为理解双方的分子军备竞赛及预测噬菌体与宿主的相互作用提供了系统性框架。

近日，中国科学院微生物研究所冯婕团队开发了一种基于工程化噬菌体的生物发光检测平台，可快速、特异性识别肺炎克雷伯菌的5种重要荚膜型。荚膜是肺炎克雷伯菌的重要毒力因子，其中K1、K2和K57与高毒力菌株密切相关，K47和K64则常见于碳青霉烯耐药菌株。针对传统荚膜分型方法检测范围有限、耗时较长等问题，研究人员首先在K2型特异性噬菌体中引入NanoLuc荧光素酶报告基因，再通过替换受体结合蛋白（RBP），构建了分别识别K1、K2、K47、K57和K64型的5种报告噬菌体。临床分离株验证显示，该平台对目标荚膜型的检测特异性达到100%，最低可在3.5—5.5小时内检出10 CFU/mL的细菌。在模拟尿液及多菌种混合样本中，报告噬菌体仍能准确区分目标菌株。此外，研究人员通过定向进化优化噬菌体的吸附能力，使生物发光信号增强10—100倍，进一步提高检测性能。该研究为肺炎克雷伯菌快速分型、耐药菌感染诊断及精准噬菌体治疗提供了可扩展的技术平台。

近日，西南大学付志峰团队开发了一种结合噬菌体与自驱动微马达的铜绿假单胞菌快速检测技术。传统细菌捕获方法主要依靠细菌与识别材料的被动接触，捕获效率有限。为解决这一问题，研究人员将铜绿假单胞菌特异性噬菌体JZ1与脲酶固定在Janus微马达（Janus micromotor）表面。这种微米级颗粒能够在液体中自主运动：加入尿素后，脲酶催化尿素分解，产生的局部浓度差推动微马达移动，使其表面的噬菌体更容易接触并捕获目标细菌。随后，利用多黏菌素B修饰的纳米材料结合被捕获的细菌，通过催化显色反应实现定量检测。实验显示，微马达主动运动使细菌捕获率由59.33%提高至98.58%；未修饰噬菌体的微马达捕获率仅为2.07%。该方法检测限低至4 CFU/mL，整个流程仅需17分钟，并在人工脑脊液和污染牛奶样本中得到验证。研究为病原菌快速检测提供了新方法，也为利用不同噬菌体检测其他细菌提供了技术思路。

✦