海洋所揭示慢性噬菌體輔助深海黏膠球形菌代謝多糖的特殊生命過(guò)程
近日,國(guó)際生物學(xué)期刊eLife報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組關(guān)于多糖誘導(dǎo)深海黏膠球形菌釋放慢性噬菌體的研究成果。該成果首次發(fā)現(xiàn)多糖能夠誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生噬菌體,且該類噬菌體以慢性生命周期進(jìn)行增殖,與以往報(bào)道的烈性和溫和性噬菌體不同,噬菌體的釋放不會(huì)裂解宿主細(xì)胞,而與宿主和諧共存,它們可能會(huì)通過(guò)潛在的輔助代謝基因重新編程宿主代謝利用多糖的過(guò)程。該研究結(jié)果為解析噬菌體在深海極端環(huán)境中發(fā)揮的重要代謝補(bǔ)償功能提供新的視角。
黏膠球形菌門是一個(gè)可培養(yǎng)代表物種稀少,但很有研究?jī)r(jià)值的門。該譜系的成員廣泛分布在許多棲息地中,包括海洋,湖泊,土壤,動(dòng)物和人類腸道。盡管它們?cè)谧匀唤缰芯哂袕V泛的分布,然而迄今為止,黏膠球形菌門只有六株菌獲得純培養(yǎng),屬于典型的難培養(yǎng)微生物。該研究利用“無(wú)機(jī)培養(yǎng)基+多糖”的富集策略從深海冷泉沉積物中分離了一株新的嚴(yán)格厭氧的深海黏膠球形菌Lentisphaerae sp. WC36,研究發(fā)現(xiàn)該菌株的生長(zhǎng)嚴(yán)格依賴多糖,可以利用淀粉、昆布多糖等作為唯一碳源。通過(guò)生理分析、基因組分析和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)多糖能夠刺激菌株WC36上與噬菌體復(fù)制、組裝相關(guān)基因的表達(dá)量發(fā)生顯著上調(diào),且在添加多糖的菌株WC36培養(yǎng)液上清中提取到大量噬菌體。該研究首次提出多糖可以誘導(dǎo)細(xì)菌釋放噬菌體,并通過(guò)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)將其確定為慢性噬菌體。

多糖誘導(dǎo)深海黏膠球形菌WC36釋放噬菌體
此外,通過(guò)噬菌體基因組測(cè)序和生理實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)噬菌體基因組上攜帶有很多與多糖代謝相關(guān)的輔助代謝基因(AMGs),表明這些慢性噬菌體可能會(huì)通過(guò)AMGs來(lái)參與宿主的多糖代謝過(guò)程,也可能以某種未知的方式影響宿主的多糖代謝。我們此前也有研究成果表明慢性噬菌體可以通過(guò)AMGs輔助深海微生物進(jìn)行核酸代謝(mBio, 2023)和氮代謝(elife,2024)。因此,慢性噬菌體與宿主之間的共生關(guān)系可能在深海微生物中廣泛存在。然而,在這些嚴(yán)格厭氧的深海微生物中,很難進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明AMGs輔助宿主代謝和噬菌體增殖的機(jī)制。在未來(lái)的工作中,我們需要構(gòu)建這些嚴(yán)格厭氧宿主菌株的遺傳操作系統(tǒng),以揭示慢性噬菌體與宿主的互利共生關(guān)系。

菌株WC36和zth2釋放的慢性噬菌體基因組結(jié)構(gòu)示意圖
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所為論文第一完成單位,實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后王崇為第一作者,孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了基金委創(chuàng)新群體、國(guó)家基金委重大研究計(jì)劃、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新計(jì)劃、山東省青年科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者特聘專家和青年專家等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文:
Chong Wang, Rikuan Zheng, Tianhang Zhang, Chaomin Sun*. Polysaccharides induce deep-sea Lentisphaerae strains to release chronic bacteriophages. eLife, 2024, Doi: 10.7554/eLife.92345.
論文鏈接:https://doi.org/10.7554/eLife.92345
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