背景知识

乳酸菌（如Lactococcus lactis和Lactococcus cremoris）在乳制品发酵中非常重要，但常受到噬菌体的威胁。为应对这一威胁，乳酸菌演化出了多种抗噬菌体系统。

研究方法

1、噬菌体逃逸突变体筛选

用11种噬菌体感染携带13种不同抗噬菌体系统的乳酸菌，通过双层琼脂平板法分离了66个逃逸突变体。

13个抗噬菌体系统和逃逸突变体图

2、基因组测序与突变分析

对逃逸突变体进行建库测序，通过SNP分析定位突变基因，结合AlphaFold2结构预测和功能注释。

3、触发因子验证实验

将野生型和突变型噬菌体基因克隆到乳酸链球菌素诱导表达载体，通过细菌生长抑制实验（CFU比值法）验证是否为抗噬菌体系统触发因子。

4、噬菌体抗性系统Audmula机制研究

利用透射电镜（TEM）测量细胞壁厚度变化。同时，体外纯化噬菌体c2内溶素，比较野生型与突变体对表达噬菌体抗性系统Audmula的菌株裂解效率。

Audmula噬菌体抗性系统存在下的细胞壁厚度和噬菌体可视化图

实验结果

1、逃逸突变体共性

在66个突变体中，70%仅需单点突变即可逃逸，突变集中在15个噬菌体基因（如内溶素、尾蛋白、SSAP等）。同时，突变基因涉及DNA复制（SSAP/SSB）、结构蛋白（尾蛋白/衣壳蛋白）、裂解酶（内溶素）及未知功能蛋白。

2、抗噬菌体系统触发因子

有6个噬菌体蛋白（如Terminase大亚基、尾蛋白）被证实为Abi系统触发因子（表达后导致宿主死亡）。其中，AbiA逃逸突变体可同时绕过AbiJ，提示二者共享靶点（Erf-like SSAP）。

3、噬菌体抗性系统Audmula的独特机制

该机制并非Abi途径，而是通过增厚细胞壁（+21%厚度）延迟噬菌体释放，而非直接杀死宿主。逃逸关键为噬菌体内溶素的单点突变（G49S或L140F）可恢复裂解能力，突破Audmula的防御。

结论

1、抗噬菌体系统多样性：乳酸菌通过模块化机制（如识别噬菌体结构蛋白或复制酶）激活防御，逃逸仅需关键位点突变。

2、Audmula的新模式：首次发现通过细胞壁糖基化修饰实现防御，为非自杀型免疫策略提供范例。

3、工业与生物技术价值：为设计多靶点抗噬菌体发酵剂提供基因靶点，并为合成生物学工具（如可控裂解系统）提供新元件。

意义

1、工业应用：减少乳制品发酵失败风险，推动噬菌体抗性菌株的精准工程化。

2、科学前沿：揭示噬菌体-宿主共进化的分子博弈，拓展细菌免疫系统的“工具箱”（类似CRISPR的发现路径）。

参考来源：

 C. Mosterd,A. Grafakou,G. Ortiz Charneco,P.P. de Waal,I.M.H. van Rijswijck,N.N.M.E. van Peij,C. Péchoux,S. Kulakauskas,C. Cambillau,J. Mahony,& D. van Sinderen,  The great phage escape: Activating and escaping lactococcal antiphage systems, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (24) e2426508122, https://doi.org/10.1073/pnas.2426508122 (2025).