噬菌体尾巴状细菌素（Tailocins ）是细菌产生的类似噬菌体尾部的蛋白质复合物，可特异性识别并杀死竞争菌株，具有高杀菌活性、低毒副作用，是具有潜能的替代抗菌药物，但天然存在的 tailocins 的多样性有限。由于 tailocins 在结构和功能上类似于噬菌体尾部，因此噬菌体可用作开发新型抗菌 tailocins 的支架。尾噬菌体的丰富性和多样性将提供更广泛的尾状蛋白资源，以靶向任何所需的细菌。 tailocins可通过破坏噬菌体颗粒的衣壳-尾部连接处，或者在噬菌体感染过程中阻止衣壳的组装来产生。利用噬菌体工程和合成生物学的新技术可以采用合成生物学方法来生产tailocins。

1.尾蛋白的结构与机制

• R型尾蛋白：具有收缩性鞘层，穿孔细胞膜
• F型尾蛋白：无鞘层，机制尚不明确
• 作用机制：结合细菌表面受体；穿刺细胞膜；以及破坏质子动力势，从而导致细菌死亡。 

图1：尾蛋白结构示意图（R型 vs F型）

策略一：破坏噬菌体头尾连接

1. 渗透压冲击法

• 高盐缓冲液稀释导致头部破裂
• 对部分噬菌体有效（如T4），但对某些无效（如S117）

       2. 化学处理法

• 使用季铵盐等化学物质破坏头尾连接
• 可能引入毒性残留，限制临床应用

图2：通过破坏噬菌体颗粒衣壳与尾部的连接点来产生tailocins

策略二：利用噬菌体生命周期

1. 多重感染

• 高MOI感染导致尾部组装过剩
• 可分离尾部颗粒，但杀菌活性待验证

       2. 基因工程改造

• 使用CRISPR-Cas9敲除衣壳基因（如portal vertex）
• 成功案例：噬菌体S117改造后产生有活性的尾蛋白
• 问题：产量低，易被宿主吸附

图3：.在噬菌体生命周期中阻止衣壳的合成

 策略三：合成生物学方法

1. 尾蛋白质粒构建

• 将尾部结构基因克隆至表达载体
• 在非宿主菌中表达，避免自吸附
• 挑战：大片段DNA组装与调控

       2. 无细胞表达系统

• 提供尾部基因DNA，体外合成尾蛋白
• 无需宿主，纯化简便，适合规模化生产
• 需优化转录翻译条件

图4：利用合成生物学技术生产tailocins

三种策略对比

结论：Tailocins有望成为下一代精准抗菌剂，优先选择具有收缩性尾部和多受体识别的噬菌体作为支架，无细胞合成是未来规模化生产的重要方向，需进一步阐明F型尾蛋白的杀菌机制。

参考来源：10.1016/j.tim.2024.03.003