Microviridae 双噬菌体 PJNS001 与 PJNS002 结构解析揭示沙门氏菌感染新机制

耐药沙门氏菌再亮红灯：传统抗生素陷“最后一公里”困境

非伤寒沙门氏菌（NTS）每年导致全球约 9 000 万例感染、15.5 万人死亡，多重耐药（MDR）株占比持续攀升。由于细菌可在宿主细胞内形成含沙门氏菌空泡（SCV），抗生素难以触及，传统疗法面临失败风险。噬菌体疗法成为突围关键，但 Microviridae 这类无尾 ssDNA 噬菌体如何识别并穿透宿主细胞壁一直缺少结构层面的解释。

图1. PJNS001和PJNS002的冷冻电镜结构图。

“小个头”也有“大智慧”：两株 Microviridae 噬菌体差异识别 LPS

研究团队自济南污水中分离得到 PJNS001 与 PJNS002，均属于 Bullavirinae 亚科 Sinsheimervirus 属，基因组 5.4 kb，GC% 分别为 45% 与 46.1%，无耐药、毒力或转导基因。受体筛查显示：PJNS001 仅感染 rfaL 缺失株（O-抗原连接酶突变），提示其靶点为 LPS 内核区域；PJNS002 可感染 rfaL 与 rfaJ 双缺株，但不能感染 rfaI 突变株，表明其识别位点位于外核寡糖延伸段。该“差异识别”策略为构建覆盖多种沙门氏菌血清型的噬菌体库奠定分子基础。

2.6 Å 分辨率冷冻电镜揭秘：刺突五聚体决定宿主特异性

结构解析表明，两株噬菌体均呈 T=1 二十面体衣壳，直径约 29 nm，刺突 G 蛋白五聚体突出于五重轴。PJNS001 与 PJNS002 的 G 蛋白仅 8 个氨基酸差异，却在五聚体界面形成不同氢键网络：PJNS001 G1 与 G2 形成 9 对氢键，中心通道带负电；PJNS002 G1 与 G2 氢键增至 12 对，中心通道电中性。点突变实验证实，G 蛋白 74 位 His/Tyr 及 118–119 位 Asp-Ser/Asn-Ser 决定了 LPS 结合亲和力和宿主范围。

入侵“暗箱”初现：冷冻断层捕获早期吸附，H 管结构仍待解析

冷冻电镜断层（cryo-ET）在 10 min 感染样本中观察到：噬菌体颗粒随机附着于细菌外膜；部分细胞出现早期裂解；五重轴面对膜处衣壳局部变薄，但未捕捉到 φX174 样“H 管”DNA 注射通道。推测 H 管存在时间极短（<5 min），需借助时间分辨冷冻电镜或荧光标记进一步追踪。。

关键发现

PJNS001与PJNS002分别识别沙门氏菌LPS的不同表位：前者仅结合rfaL缺失株的内核区域，后者则结合rfaJ缺失株的外核寡糖段，为“一菌多靶”广噬菌体库设计提供分子依据。

2.68 Å（PJNS001）和2.59 Å（PJNS002）冷冻电镜结构显示，刺突蛋白G五聚体中心通道的电荷分布及五聚体界面氢键数量差异（9对 vs 12对）是宿主范围差异的关键；点突变74H/Y与118–119D-S/N-S可切换识别谱。

冷冻电镜断层（cryo-ET）在10 min感染样本中观察到衣壳五重轴面对膜区域局部变薄，提示门户区结构重塑，但未捕捉到φX174样“H管”DNA注射通道，证实该过程极短暂，需时间分辨技术进一步解析。

未来展望与应用潜力

该研究首次在原子层面阐释 Microviridae 噬菌体识别沙门氏菌 LPS 的分子机制，为突破耐药沙门氏菌“细胞内存活”瓶颈提供结构模板。下一步，团队将聚焦 H 管瞬态结构解析，并推动 PJNS002 刺突蛋白工程化改造，力争 2026 年前完成雏鸡肠道感染模型疗效验证，为“农场到餐桌”沙门氏菌控制提供新一代精准噬菌体武器。

参考来源：

Hu, W. et al. Structural basis for Salmonella infection by two Microviridae phages. Commun Biol 8, 1166 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003-025-08595-7