噬藻体与蓝藻互作机制揭示

科技日报记者 吴长锋

记者4月1日从中国科学技术大学获悉，该校生命科学与医学部周丛照教授课题组，利用冷冻电镜单颗粒技术解析侵染模式蓝藻—鱼腥藻PCC 7120的肌尾噬藻体A-1(L)尾部机器的完整三维结构，结合一系列生化实验鉴定多个识别和水解宿主的关键功能模块，并基于结构信息重注释其基因组，揭示A-1(L)与其特异性宿主蓝藻相互作用的结构基础和分子机制，相关成果日前在线发表在《自然·通讯》上。

频繁的人类活动引起水生生态系统中氮磷的输入量急剧增加，导致严重的水体富营养化，蓝藻大量繁殖而形成水华。噬藻体作为特异性侵染蓝藻的噬菌体，与宿主相互作用可引发宿主细胞裂解或代谢重编程，参与水生生态系统的能量分流和物质循环、蓝藻种群密度和丰度的调节等。然而，噬藻体通常具有极强的宿主特异性，且目前噬藻体的研究主要集中在海洋噬藻体，对淡水噬藻体与宿主之间相互作用的深入研究仍然较少。这极大限制了噬藻体的工程化改造，以及将其作为一种环境友好的制剂应用于调控蓝藻水华。鱼腥藻PCC 7120是一种丝状固氮蓝藻，具有成熟的遗传操作系统，已成为研究蓝藻的理想模式生物。A-1(L)是一株肌尾噬藻体，能够特异性侵染鱼腥藻PCC 7120，在与宿主长期进化过程中相生相杀。因此，噬藻体A-1(L)与鱼腥藻PCC 7120可作为研究噬藻体和蓝藻相互作用的理想模型。

在前期工作的基础上，研究人员进一步解析其三组分尾部机器的结构，包括颈部、尾部和附着的纤维。颈部由十二聚体门户蛋白、十五聚体接头蛋白和六聚体连接蛋白组成，外侧锚定着五根独立组装的串珠状颈部纤维。通过结构分析结合生化实验，进一步鉴定基板中心蛋白的双重水解活性和两种尾纤的受体结合活性。

研究人员表示，该研究有助于人们深入理解噬藻体与宿主蓝藻相互作用的分子机制，为将来开发环境友好型底盘噬藻体奠定理论基础。

（中国科大供图）