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(資料圖片僅供參考)

廣西大學何正國團隊（李肖輝為第一作者）在Cell Host & Microbe 在線發表題為“Mycobacterial phage TM4 requires a eukaryotic-like Ser/Thr protein kinase to silence and escape anti-phage immunity”的研究論文，該研究報道了一種由MSMEG_1200編碼的真核樣StpK7在恥垢分枝桿菌中是分枝噬菌體TM4逃避細菌防御所必需的。stpK7位于基因島MSMEG_1191MSMEG_1200中，包含多個類似于BREX(噬菌體排斥)噬菌體抗性系統的抗噬菌體基因。StpK7負向調控該基因島的表達。在噬菌體TM4感染后，StpK7被誘導，直接磷酸化轉錄調控因子MSMEG_1198，抑制其正向調控活性，從而降低BREX樣基因島中多個下游基因的表達。進一步分析表明，該抗噬菌體島內的基因對分枝桿菌脂質止血和噬菌體吸附起著關鍵的調節作用。總的來說，這項工作表征了一個由StpK7驅動的調控網絡，它被噬菌體TM4利用來逃避宿主對分枝桿菌的防御。分枝桿菌屬于革蘭氏陽性放線菌的一大群，其中最著名的是生長緩慢的人類致病菌，包括導致人類結核病的結核分枝桿菌和導致麻風分枝桿菌。它還包括恥垢分枝桿菌，一種生長相對較快、無毒的腐生菌。CRISPR-CAS系統已在分枝桿菌物種中被鑒定，并顯示出對外來質粒轉化的抗性此外，分枝桿菌基因組還編碼一些先天免疫系統，如限制性修飾系統和毒素-抗毒素系統。然而，這些先天免疫系統對噬菌體的防御功能尚未被描述。有趣的是，在恥垢分枝桿菌中，糖脂和磷脂的合成和定位可以改變噬菌體的吸附能力，相關基因的突變可以影響細菌對噬菌體的抗性。在膿腫分枝桿菌中，由基因突變引起的菌落形態光滑的菌株表現出較強的噬菌體抗性。因此，分枝桿菌體內糖脂代謝的調控與其對噬菌體的抗性密切相關。然而，具體的途徑和機制仍然知之甚少。最近，在細菌中發現的一些真核樣蛋白被報道具有抵抗噬菌體感染的防御功能，如介導細菌細胞內NAD+消耗并導致細胞死亡的Toll -白細胞介素受體結構域蛋白，以及通過產生修飾的核糖核苷酸來抑制病毒轉錄的StpK存在于真核生物和大多數細菌中，通常起抗病毒作用。在真核細胞中，一些StpKs可能被病毒信號激活，并通過阻斷病毒蛋白的合成進一步抑制病毒感染。在細菌中，StpK具有許多生理功能，如調控細胞壁合成、細胞分裂和休眠。然而，StpK調控噬菌體-宿主相互作用的研究僅在少數細菌中報道。這導致一些與翻譯、DNA修復和中樞代謝相關的蛋白質磷酸化，導致細胞死亡，從而保護鄰近細胞免受噬菌體感染在鏈霉菌中，StpK作為Pgl和BREX防御系統的組成部分，參與了對噬菌體的防御，但其確切作用尚不清楚。機理模式圖（圖源自Cell Host & Microbe）值得注意的是，結核分枝桿菌的基因組編碼了11個StpKs，其中PknA和PknB屬于分枝桿菌生長所必需的同一個操縱子。盡管已經發現這些StpKs在細胞壁合成、細胞形態和分裂、脂多糖運輸、滲透壓抵抗、毒力和細菌生理學的許多其他方面發揮重要作用，但它們在分枝桿菌和噬菌體之間相互作用中的作用尚未報道。這些真核樣StpKs是否參與以及它們如何調節噬菌體感染過程仍然未知。TM4是一種雙鏈DNA噬菌體，基因組大小為52,797堿基對(bp)它可以感染快速生長的恥垢分枝桿菌和緩慢生長的結核分枝桿菌。TM4噬菌體在感染宿主細菌后20分鐘復制，在感染宿主細胞后4小時裂解宿主細胞它目前被廣泛用于分枝桿菌的遺傳操作。然而，對TM4噬菌體與宿主細菌的相互作用以及宿主對TM4噬菌體的防御機制知之甚少。該研究系統地評估了恥垢分枝桿菌基因組編碼的所有13個非必需StpK基因，發現敲除stpK7可以顯著增強分枝桿菌對TM4噬菌體的抗性。該研究報道了獨特的StpK7基因在恥垢分枝桿菌的TM4噬菌體感染中是必不可少的。特別重要的是，stpK7位于先前未定義的BREX樣基因島中，可以通過直接磷酸化島上的轉錄因子來沉默宿主防御，從而維持TM4噬菌體的吸附能力并抑制分枝桿菌細胞死亡。總之，該研究成功解開了一個由真核樣StpK7驅動的調控網絡，該網絡被噬菌體TM4利用來逃避分枝桿菌中BREX樣抗噬菌體基因島的宿主防御。這項工作極大地豐富了人們對分枝桿菌噬菌體逃避宿主防御機制的認識。