多样且丰富的噬菌体利用接合质粒

1. PDPs的系统发现

研究者开发了一种名为“Phage DisCo”的共培养方法，通过荧光标记的细菌宿主共培养来直接发现和分离PDPs。该方法利用了PDPs依赖质粒编码的共轭蛋白作为受体的特性，通过观察噬菌斑的荧光表型来区分PDPs和物种特异性噬菌体。通过这种方法，研究者从波士顿地区的堆肥、农场废物和废水中分离出65种新的PDPs，其中51种依赖IncP质粒，14种依赖IncF质粒。

2. PDPs的多样性

研究发现，PDPs在废水中的丰度与物种特异性噬菌体相当，表明它们在环境中普遍存在且未被充分研究。这些PDPs大多属于非尾噬菌体，包括含有脂质的tectiviruses、ssDNA丝状噬菌体和ssRNA噬菌体。通过基因组分析，研究者发现这些PDPs具有显著的遗传多样性，尤其是依赖IncP质粒的tectiviruses，其基因组多样性远高于已知的PDPs。

3. PDPs的宿主范围

PDPs的宿主范围由质粒的宿主范围决定，因此能够感染多种细菌属。研究者构建了一个包含13种γ-变形菌的宿主集合，发现依赖IncP质粒的tectiviruses表现出显著不同的宿主偏好性，这种偏好性与噬菌体裂解蛋白（holin）的变异有关。例如，PRDcerulean噬菌体仅能在Pseudomonas属细菌上高效复制，而在其他宿主上则无法形成噬菌斑。通过基因工程，研究者发现PRDcerulean的holin基因中的特定突变可以扩展其宿主范围至Salmonella属细菌。

4. PDPs的进化和功能

研究者发现，依赖IncF质粒的PDPs中存在一种新的有尾噬菌体FtMidnight，其基因组中含有尾部结构基因。通过透射电子显微镜观察，FtMidnight具有柔性的非收缩尾部，属于siphovirus形态。此外，FtMidnight与使用IV型菌毛（T4P）作为受体的噬菌体具有同源性，表明这些噬菌体能够利用不同的收缩性菌毛结构进行感染。这种进化上的多功能性可能与菌毛的生物物理特性（如收缩性）有关。

5. PDPs在废水中的丰度

通过Phage DisCo方法，研究者估计废水中依赖IncP质粒的PDPs浓度约为1000 PFU/mL，与大肠杆菌特异性噬菌体的丰度相当。然而，尽管这些PDPs在废水中丰度较高，但它们在宏病毒组分析中被遗漏，这突显了基于培养的噬菌体发现的重要性。

6. PDPs的潜在应用

PDPs通过感染携带共轭质粒的细菌，对质粒的传播施加选择压力，从而可能限制抗生素抗性基因的传播。研究者提出，PDPs可以作为一种潜在的生物控制手段，用于操纵共轭质粒的动态，进而控制抗生素抗性基因的传播。此外，通过基因工程改造PDPs的宿主范围，可能为开发新型抗菌疗法提供新的思路。

7. PDPs的宏基因组学分析

尽管PDPs在环境中普遍存在，但它们在宏基因组学数据中的代表性不足。研究者通过分析多个宏基因组学数据集，发现PDPs的序列在这些数据中极为稀少，且无法通过现有的宏基因组学方法组装出完整的PDP基因组。这表明PDPs的低相对丰度、小基因组大小和高度多态性可能是其在宏基因组学分析中被遗漏的原因。

综上所述，本研究通过系统的噬菌体发现方法，揭示了PDPs在环境中的广泛存在和多样性，并揭示了它们在限制共轭质粒传播中的潜在作用。这些发现为开发基于PDPs的新型抗菌策略提供了重要的理论基础。

文章来源：10.1038/s41467-024-47416-z