科学视点

沉默还是激活?温和噬菌体受控机制获解

  中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队发现细菌宿主H-NS蛋白调控原噬菌体的“沉默—激活”过程新机制。相关研究近日在线发表于《核酸研究》。

  噬菌体是海洋中最丰富、最多样化的一类病毒,它依靠宿主进行生存繁殖,细菌和古菌是噬菌体的天然宿主。其中,烈性噬菌体与宿主之间的关系可以称为“捕食者与猎物”的关系,一旦侵染宿主将直接导致宿主细胞裂解并释放大量的噬菌体。

  而温和噬菌体则可选择整合到宿主基因组中,以原噬菌体的形式与宿主保持共存的状态,宏基因组的调查发现海洋中半数以上的细菌都感染了温和噬菌体,所形成的原噬菌体可通过提供新的功能而使细菌宿主受益,它们之间的密切关系显著地塑造了二者的生物共进化。

  希瓦氏属细菌广泛分布于海洋,包括表层海水、深海、极地、热液口等多样的海洋环境。比较基因组学分析发现,原噬菌体、质粒和基因岛等水平基因转移元件是不同环境中希瓦氏属菌基因组的主要差别,是研究环境细菌和原噬菌体共进化的理想模型。

  王晓雪团队前期研究发现,分离于浅层沉积物和深海沉积物的希瓦氏菌中的原噬菌体,通过与细菌宿主建立“共生关系”,帮助细菌宿主适应极端环境。分离于具有温度交替环境中的希瓦氏菌,其中的原噬菌体在低温条件下会从宿主基因组中发生切离,提高细菌在低温下的存活率,说明在特定环境条件下对原噬菌体进行“沉默—激活”决定细菌宿主的命运。

  H-NS是细菌宿主编码的一个全局转录抑制因子,其对整合进细菌基因组的原噬菌体进行沉默,并在合适的条件下将原噬菌体激活发挥重要作用。

  该团队研究发现希瓦氏菌中的H-NS通过识别噬菌体的切离酶对原噬菌体进行“沉默”,H-NS蛋白的磷酸化是“沉默”原噬菌体的关键。常温下,细胞内大部分H-NS蛋白为磷酸化状态,磷酸化H-NS可沉默原噬菌体上具细胞毒性基因的表达;低温促进H-NS去磷酸化,从而解除H-NS对特定原噬菌体的沉默,这样可以帮助希瓦氏菌适应低温环境。这是首次发现,细菌将外界温度变化转化为细胞内H-NS蛋白磷酸化水平的变化,说明H-NS蛋白的“翻译后修饰”可作为“分子开关”,实现对特定原噬菌体“沉默—激活”的精准调控。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nar/gkab137


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