噬菌体与宿主的协同进化机制

研究团队通过体外共进化实验，模拟了肺炎克雷伯菌与噬菌体ZX1Δint的相互作用。结果显示，噬菌体ZX1Δint通过其主要受体结合蛋白（RBP）ORF60和辅助RBP ORF59，特异性结合宿主表面的荚膜多糖（CPS）来完成吸附过程。然而，当宿主菌的wbaP、wbaZ或wzc基因发生突变时，CPS的合成减少，噬菌体吸附能力显著下降，从而产生耐药性。为了应对这种宿主防御机制，噬菌体通过ORF59的突变，进化出能够识别LPS O-抗原位点的新结合能力，从而重新感染耐药菌株。

图1. 噬菌体 ZX1Aint和K.pneumoniae 111-2之间的吸附拮抗过程的示意图。 

噬菌体适应性突变的发现与验证

研究人员从耐药菌株中筛选出适应性突变噬菌体PR2、PR3和PR4，发现它们的ORF59基因发生了关键突变（如PR2的Q777R）。这些突变使噬菌体能够利用O-抗原作为替代结合位点，突破耐药菌的防御。实验表明，适应性突变噬菌体PR2对野生型和耐药菌株均具有感染能力，并且在野生型菌株中展现出更持久的抗菌活性。

噬菌体受体结合蛋白的功能解析

研究进一步揭示了噬菌体RBPs（受体结合蛋白）ORF60和ORF59在吸附和降解CPS中的关键作用。ORF60作为主要RBP，具有较强的CPS吸附和降解能力，而ORF59则作为辅助RBP发挥协同作用。通过基因敲除和互补实验，研究人员证实了这些蛋白在噬菌体感染过程中的重要性。此外，通过结构预测和功能分析，发现ORF60和ORF59的特定氨基酸位点（如ORF60的Thr241和ORF59的Gln777）对噬菌体的吸附和降解活性至关重要。

关键发现

1、噬菌体ZX1Δint在面对耐药肺炎克雷伯菌时，通过突变其“备用”尾蛋白ORF59（如突变株PR2的Q777R、PR4的Q777K），进化出能够识别宿主细菌脂多糖（LPS）O-抗原位点的新能力，从而突破耐药菌的防御机制，重新感染耐药菌株。

2、肺炎克雷伯菌表面的荚膜多糖（CPS）是噬菌体ZX1Δint的主要受体，而LPS的O-抗原则是替代受体。当CPS受体因细菌突变而减少时，噬菌体通过ORF59的突变，进化出对O-抗原的识别能力，从而维持其感染能力。

3、噬菌体的主要受体结合蛋白（RBP）ORF60和辅助RBP ORF59在吸附和降解CPS中的关键作用。ORF60具有较强的CPS吸附和降解能力，而ORF59则在辅助吸附中发挥重要作用。通过结构预测，发现ORF60的Thr241和ORF59的Gln777等特定氨基酸位点对噬菌体的吸附和降解活性至关重要。

未来展望与应用潜力

本研究不仅深入解析了噬菌体与耐药菌之间的协同进化机制，还为噬菌体疗法的优化提供了新的靶点。通过人工诱导噬菌体尾蛋白的突变，有望开发出更具感染活性的噬菌体，从而有效对抗耐药菌感染。此外，这种基于噬菌体的进化策略还可拓展到其他耐药菌的治疗中，为开发新型抗菌手段提供了极具潜力的方向。

参考来源：

Li P, Ma W, Cheng J, et al. Phages adapt to recognize an O-antigen polysaccharide site by mutating the ‘backup’tail protein ORF59, enabling reinfection of phage-resistant Klebsiella pneumoniae[J]. Emerging Microbes & Infections, 2025 (just-accepted): 2455592.