宿主细胞为细胞内细菌提供保护，使其免受恶劣环境条件和免疫反应的影响，但对于许多细胞内病原体来说，这种保护似乎并不像曾经想象的那样是绝对的。已经确定了可以杀死宿主细胞内细菌的噬菌体，包括沙门氏菌、分枝杆菌和衣原体。即使在尚未分离出稳定噬菌体的病原体中，例如嗜肺军团菌 ，噬菌体防御系统的存在表明噬菌体易感性。嗜肺军团菌革兰阴性胞内菌，水生环境中常见，可引起军团病（严重肺炎），发病率上升。以往认为军团菌在原生生物宿主内可躲避噬菌体，无完整前噬菌体报道，噬菌体存在性成谜。LME-1之前被认为是30 kb的非功能性噬菌体残留元件，本研究成功激活LME-1并证明其为功能性噬菌体。

1、LME-1的激活与噬菌体颗粒形成

实验设计：在LME-1中插入氯霉素抗性基因（CmR），高浓度氯霉素筛选高拷贝LME-1的细胞，通过Western blot和限制性酶切验证LME-1高拷贝状态。

结果：成功获得可形成噬菌体颗粒的LME-1活化株，电镜显示典型短尾噬菌体形态（类似T7），质谱鉴定出12种LME-1编码的结构蛋白。

图1：选择具有高拷贝数的 LME-1 基因会导致噬菌体颗粒的产生

2、高分辨率冷冻电镜结构

分辨率为衣壳2.1 Å，尾孔复合物1.9 Å，具有二十面体衣壳，直径约60 nm，尾部长约15 nm，结构与T7噬菌体高度相似，具有独特的头部装饰蛋白，与海洋噬菌体Carin-1最接近。

图2：LME-1 病毒颗粒的高分辨率冷冻电子显微镜结构

3、LME-1具有感染性并抑制胞内生长

在感染实验中无法形成噬斑，但可通过附着实验和溶原化实验验证感染性，LME-1能吸附并感染缺乏LME-1的嗜肺军团菌株。

在巨噬细胞中，LME-1显著抑制细菌增殖（最多降低20倍），即使在液体培养基中无显著影响，在胞内环境中仍有效。

图3：噬菌体 LME-1 能够感染嗜肺军团菌，并导致其在细胞内的生长出现缺陷

4、Lag-1基因介导对LME-1的抗性

实验室株Lp01对LME-1天然抗性，筛选获得敏感突变体，全部突变位于lag-1基因，Lag-1为LPS O抗原乙酰转移酶，其缺失导致噬菌体可吸附。删除lag-1后，LME-1可吸附并感染，回补lag-1恢复抗性，部分菌株还存在CRISPR-Cas系统提供第二层防御。

图4：肺炎克雷伯菌的 lag-1 基因能够抵御噬菌体 LME-1 的侵袭

5、Lag-1与人类疾病的关联

Lag-1阳性菌株（Pontiac亚群）占临床分离株的80%，Lag-1介导的LPS修饰赋予对人血清补体的抗性。因此，Lag-1在环境中被噬菌体选择，偶然增强人类致病性。10个Sg1亚群中，5个含lag-1，全部抗LME-1附着，其余5个无lag-1，多数可被感染。

图5：在含有 lag-1 的 sg1 子群中，对 LME-1 的附着抵抗以及随后的感染情况

6、环境选择驱动人类毒力

人类是进化死胡同，毒力特质是环境选择的副产品。Lag-1在环境中提供噬菌体抗性，在人类中提供补体抗性， 增强生存能力。LME-1的存在解释了为何Lag-1在临床菌株中高度富集。

图6：嗜肺军团菌对人体传染性的环境决定因素 

结论：本研究在嗜肺军团菌这种长期被认为“没有噬菌体”的病原菌里发现了一个完整的噬菌体LME-1，并且发现这个噬菌体与细菌的毒力进化直接相关——细菌为了抵抗噬菌体感染而获得的lag-1基因，恰好也让细菌能在人类血清中存活，这就解释了为什么80%的军团病都是由含有lag-1的菌株引起的。 

参考来源：10.1126/sciadv.adx9722