近日，中國科學院南海海洋研究所王曉雪研究員團隊在《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表題為“Crosstalk between inovirus core gene and accessory toxin-antitoxin system mediates polylysogeny”的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)絲狀原噬菌體編碼的核心基因與共存原噬菌體編碼的毒素-抗毒素(TA)系統(tǒng)間的互作機制，為理解多重溶原菌的生物學功能及開發(fā)新型抗菌策略提供了重要的理論依據(jù)。南海海洋研究所2022級博士研究生古嘉瑜為論文第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。

在自然環(huán)境中，細菌宿主通常被多個溫和噬菌體侵染，呈現(xiàn)多重溶原，對細菌宿主的毒力、基因組可塑性及環(huán)境適應性具有重要影響。本研究以生物膜模式菌株銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）為研究模型，該菌被兩個核心基因組高度相似的絲狀噬菌體Pf4和Pf6侵染，整合在宿主基因組的不同位點，兩個噬菌體在生物膜形成過程中被激活，參與調(diào)控生物膜發(fā)育與宿主毒力（Guo et al.,Nature Communications 2024;Guo et al.,Cell Reports 2024） 。然而，兩個噬菌體之間如何監(jiān)控細菌宿主環(huán)境進行激活，以及生物膜激活中的競爭與協(xié)作關系均不明確。

研究團隊發(fā)現(xiàn)Pf4噬菌體核心區(qū)域的復制相關蛋白RepG4可直接結合并降解共存Pf6噬菌體攜帶的三元TA系統(tǒng)KKP中的抗毒素PfpC，從而激活激酶PfkA/PfkB的毒素毒性。當Pf4復制水平達到一定閾值時，RepG4的積累引發(fā)宿主細胞受控死亡，從而限制Pf4過度增殖，并協(xié)調(diào)兩種噬菌體在生物膜成熟階段的有序釋放。

進一步研究表明，盡管Pf4與Pf6核心基因組序列高度相似，它們卻演化出截然不同的調(diào)控策略：RepG4通過降解抗毒素以控制噬菌體復制強度，而Pf6的同源蛋白RepG6因關鍵氨基酸位點突變（R49C）而不具備該功能，反而可穩(wěn)定PfpC，從而保護自身免受毒性激活。這一差異化機制既避免了兩者間的過度競爭，又實現(xiàn)了對宿主-病毒穩(wěn)態(tài)的協(xié)同維持，有助于增強細菌在生物膜環(huán)境中的生存與致病能力。

該研究突破了傳統(tǒng)原噬菌體調(diào)控研究中“阻遏蛋白-抗阻遏蛋白”的單一認知框架，揭示了原噬菌體核心復制基因與共存原噬菌體輔助毒素-抗毒素系統(tǒng)間的通訊機制（圖1）。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對多溶原性微生物生態(tài)適應策略的理解，也為未來靶向耐藥性銅綠假單胞菌感染提供了新思路與潛在干預策略。

本研究工作得到國家自然科學基金、科技部基礎資源調(diào)查專項、廣東省本土創(chuàng)新團隊等項目資助。

相關論文信息：Jiayu Gu,Yunxue Guo,Juehua Weng,Shituan Lin,Yabo Liu,Xiaoxue Wang*. Crosstalk between inovirus core gene and accessory toxin-antitoxin system mediates polylysogeny. Nature Communications,2025,16:7268. doi: 10.1038/s41467-025-62378-6.

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62378-6

圖1?噬菌體Pf6的TA系統(tǒng)KKP監(jiān)控Pf4的復制蛋白實現(xiàn)兩個噬菌體有序激活釋放