作者：唐昕雨，南京农业大学硕士在读，主要研究根际土著细菌噬菌体的应用。
周刊主要展示优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊为您介绍原噬菌体掩蔽细胞表面受体以保存其病毒后代。原文于2025年7月发表在《Nature》上。
导读
在微生物群落中，病毒会争夺宿主细胞，并进化出多种抑制竞争者的机制，其中一种策略是“超级感染排斥”，即既定的病毒感染会阻止同一细胞的二次感染，但其进化意义和具体机制仍不明确。本研究聚焦于铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的噬菌体JBD26，发现其编码的一种名为Zip的蛋白能通过选择性调节宿主细胞表面受体，既实现超级感染排除，又避免新释放的噬菌体后代被破坏，从而在细胞群体中累积游离的噬菌体，促进病毒扩散。这种机制被称为“反克洛诺斯效应”（anti-Kronos effect）——得名于希腊神话中吞噬亲子的泰坦神克洛诺斯，寓意噬菌体通过该机制避免后代被宿主细胞“吞噬”。该研究揭示了噬菌体通过独特机制保护后代免受同类竞争，在微生物群落中高效传播的过程，为病毒防御机制的保护提供了新视角，也为开发新型抗菌策略奠定了理论基础。
主要结果
一、发现并鉴定噬菌体蛋白Zip
铜绿假单胞菌的IV 型菌毛是多种噬菌体的感染受体，同时参与细菌的运动、黏附和生物膜形成。本研究通过分子互作与功能实验，包括基因敲除、感染效率测定、荧光显微镜观察菌毛动态等多种技术手段，发现Zip 蛋白通过与菌毛组装的关键伴侣分子PilZ 结合，形成“Zip-PilZ-PilB” 三元复合物（PilB 是菌毛延伸的ATP 酶），从而精细调节菌毛动态：在低细胞密度时缩短菌毛长度，在高细胞密度时减少约 60% 细胞的菌毛数量。这种调节既避免了细菌因失去菌毛导致的损失（如无法黏附或形成生物膜），又能阻止依赖菌毛的噬菌体感染。表明噬菌体蛋白Zip 是一种超感染排除（superinfection-exclusion, SIE）因子，它通过作用于菌毛组装来降低二次感染的发生，从而保护已经携带噬菌体的宿主，以及即将释放的子代病毒。
图1 鉴定噬菌体蛋白Zip并证明其能靶向作用保守的菌毛伴侣分子PilZ
噬菌体JBD26 的Zip 蛋白表达受宿主群体感应系统（QS）调控。研究发现，Zip 的启动子区域存在LasR（群体感应核心调控因子）的结合位点，当细胞密度升高时，LasR 激活Zip 表达，增强对菌毛的调控；而在低细胞密度时，Zip 表达降低，减少对细菌正常生理活动的干扰，说明Zip 的表达并非恒定开关，而是可以被宿主的群体环境信号调控的，使得噬菌体选择时机去保护子代，这种动态调控使噬菌体既能在高密度环境中抵御同类竞争，又能在低密度环境中保留基因交流的可能，平衡了即时保护与长期进化潜力，将抗超感染与群体行为相连接。
通过比较含 Zip 的群体与不含Zip 的群体在释放后环境中噬菌体浓度、形成噬菌斑（PFU）随时间的变化，以及群体内细胞对新释放噬菌体的吸附与清除效率，发现当JBD26 噬菌体的Zip基因被敲除后，其自发诱导产生的后代噬菌体在20 小时内滴度从约10⁵ PFU/mL 骤降至 500 PFU/mL，而野生型则能积累至 10⁶ PFU/mL（图3a）。这是因为缺失 Zip 时，新释放的噬菌体容易再次感染含相同原噬菌体的宿主细胞，导致“无效感染” 和后代损失；而Zip 通过调节菌毛，阻止了这种“自相残杀”，使游离噬菌体在群体中大量积累，更易感染未被侵染的细菌，表明Zip 不只是保护单个细胞免被超感染，其还在群体层面提高了噬菌体子代的可利用性，是一种在群体层次上对噬菌体传播有益的策略。
图3 anti-Kronos效应促进病毒后代的存活
通过生物信息学分析包括基因同源性搜索、基因组位置比较以及序列比对,发现anti-Kronos 效应并非铜绿假单胞菌噬菌体JBD26 独有，而是在多种噬菌体中广泛存在，且机制多样。目前已在多种噬菌体基因组中找到了 Zip 同源物或具有相似域结构的基因，如铜绿假单胞菌噬菌体JBD44：通过修饰宿主脂多糖（LPS）受体，避免后代被同类感染，缺失相关基因后，噬菌体滴度下降10⁴倍（图4d）；大肠杆菌噬菌体HK97：通过编码阻断噬菌体 DNA 进入的膜定位蛋白Gp15，缺失关键基因后，后代滴度下降约100 倍（图4h）。这些结果表明，无论是通过调控菌毛、LPS 还是其他受体，噬菌体均进化出保护后代的策略，且这些 “反克洛诺斯基因” 多与噬菌体的结构基因（如尾管、尾刺）相邻，确保重组噬菌体仍能保留自我保护能力。
图4 anti-Kronos系统广泛存在
总结
本研究鉴定了一个与PilZ组装伴侣结合并调节铜绿假单胞菌Ⅳ型菌毛生物合成的超感染排除蛋白，来自JBD26原噬菌体的Zip表达导致菌毛变短，并增加了对依赖菌毛的噬菌体的抗性，由此产生的anti-Kronos效应使大量子代细胞在培养物中积累并感染非溶原性细胞，从而增强JBD26的传播。Zip介导的anti-Kronos 策略揭示了一类低代价且广泛存在的噬菌体防御机制：原噬菌体不仅保护宿主避免超感染，也通过保护子代来提升自身传播的成功率。这种噬菌体排除重复感染的系统不仅可以防御竞争性噬菌体，有助于噬菌体在微生物群体中更有效地传播，还为噬菌体疗法设计，开发新型抗菌策略提供了理论基础，也为理解病毒与宿主之间的复杂相互作用提供了新的视角。