尾纤维结构解析的新突破

噬菌体通过受体结合蛋白（RBPs）附着于细菌宿主表面，而尾纤维作为 RBPs 的主要类型之一，其结构和序列多样性一直难以捉摸。尾纤维是长而灵活的三聚体蛋白，其全长结构难以通过传统实验方法解析。然而，最新的研究利用深度学习技术（如 AlphaFold2-Multimer 和 ESMFold）开发了一种名为 RBPseg 的方法，能够高效且准确地预测尾纤维的结构。研究团队通过结合单体 ESMFold 预测和基于结构的域识别方法，将尾纤维序列分割成可管理的小片段，并利用 AlphaFold2-Multimer 进行高置信度建模。最终，通过单颗粒冷冻电镜技术验证了五个来自三种噬菌体的尾纤维模型，揭示了尾纤维的模块化、趋同进化、分化和域交换现象。

图1. RBPseg 工作流程提高了 AlphaFold2 模型的置信度

RBPseg 方法的创新与优势

RBPseg 方法的核心在于将尾纤维序列分割成小片段，并通过计算伪域之间的距离矩阵来确定分割点。这种方法不仅提高了结构预测的准确性，还显著降低了计算时间和内存需求。与传统的 AlphaFold2-Multimer 方法相比，RBPseg 在预测尾纤维结构时表现出更高的置信度和更快的运行速度。研究团队对来自不同噬菌体的 67 个尾纤维序列进行了结构分类，识别出 16 个不同的结构类别和 89 个结构域。这些结构类别覆盖了已知尾纤维的至少 24%，为理解尾纤维的进化和功能提供了关键见解。

噬菌体尾纤维的结构多样性

通过对尾纤维结构的深入分析，研究团队发现这些纤维在进化过程中表现出高度的模块化和多样性。例如，某些尾纤维在结构上与其他已知纤维相似，但序列上却差异显著；而另一些纤维则显示出高度的结构域可变性。这种多样性可能与噬菌体适应不同宿主的能力有关。此外，研究还发现了一些移动结构域，这些结构域在不同尾纤维中具有相似的结构，但位置和功能可能不同。这些结构域的存在表明，噬菌体可能通过水平基因转移等方式交换这些结构域，从而快速适应新的宿主。

关键发现

1、开发了 RBPseg 方法，结合了 ESMFold 和 AlphaFold2-Multimer 的优势，通过将尾纤维序列分割成小片段并分别建模，再将片段合并为完整的尾纤维模型，显著提高了对长且灵活的尾纤维结构的预测能力和置信度。

2、在尾纤维中识别出 5 个移动伪域（D7、D11、D40、D42 和 D73），这些结构域在不同尾纤维类别中具有相似的结构，但位置和功能可能不同，暗示它们可能通过基因重组或水平基因转移在不同噬菌体之间传播。

3、基于 RBPseg 方法构建了首个噬菌体尾纤维结构图谱，覆盖了 UniProtKB 中 24% 的已注释尾纤维序列。这一图谱为研究噬菌体的多样性和进化提供了重要的资源，并为噬菌体疗法的开发提供了科学依据。

未来展望与应用潜力

RBPseg 方法的开发为噬菌体尾纤维结构的研究开辟了新的道路。未来的研究可以进一步探索尾纤维在噬菌体感染过程中的具体作用，以及如何通过基因工程改造尾纤维以提高噬菌体的抗菌能力。此外，RBPseg 方法还可以应用于其他类型的噬菌体，为构建完整的噬菌体尾纤维结构图谱奠定基础。综上所述，这项关于噬菌体尾纤维结构的研究不仅加深了我们对噬菌体基本生物学特性的理解，还为噬菌体疗法的开发和应用提供了重要的科学依据，有望在未来的抗菌治疗领域发挥重要作用。

参考来源：

Klein-Sousa V, Roa-Eguiara A, Kielkopf C S, et al. RBPseg: Toward a complete phage tail fiber structure atlas[J]. Science Advances, 2025, 11(23): eadv0870.