烈性噬菌体也能与宿主长期共存

在微生物学的经典教科书中，噬菌体（细菌病毒）被泾渭分明地划分为两大类：烈性噬菌体和溶原性噬菌体。烈性噬菌体被视为冷酷无情的杀手，它们入侵细菌后，疯狂复制，最终在短时间内裂解宿主，释放出大量子代病毒。因此，一个基本的科学共识是：当我们对单个细菌菌落进行分离、纯化和基因组测序时，理论上不应在细菌的基因组组装结果中发现烈性噬菌体的完整基因组。因为它们的存在意味着宿主菌早已被消灭。

然而，现实世界中细菌与噬菌体的互动远比这复杂。长期以来，科学家零星观察到一些不符合此二分法的另类感染现象，如伪溶原性或携带状态，但由于缺乏系统的研究方法，这些现象被认为是罕见且难以捉摸的。

为了探究这些非典型噬菌体生活方式在自然界中的普遍性，来自丹麦、加拿大、法国等国的国际研究团队开展了一项大规模研究。他们假设，一些被归类为烈性的噬菌体，可能拥有一种与宿主长期共存而不将其快速裂解的持续性感染能力。由于这种感染不会导致菌落完全崩溃，因此在标准的细菌分离和培养流程中，这些噬菌体的基因组就可能作为乘客混杂在测序数据中。

为了验证这一假设，研究者们将目光投向了数据量最为庞大的公共数据库。他们以大肠杆菌为模型，对GenBank中超过26.79万个公开的细菌基因组组装数据进行了地毯式的搜索。他们的目标，是找出那些隐藏在细菌序列中、却酷似烈性噬菌体的DNA片段。

持续性烈性噬菌体广泛存在，巨型噬菌体是主力军

通过一套极其严格的生物信息学筛选流程（排除溶原性噬菌体、质粒和实验室污染），研究团队最终在370个（约占0.14%）独立的大肠杆菌分离株中，鉴定出了373个高质量的、非溶原性的噬菌体基因组。这些噬菌体与已知的烈性噬菌体在基因组成、GC含量和基因组大小上高度相似，完全不具备任何溶原性噬菌体（如整合酶）的特征。它们就像是隐藏在敌军阵营里的“特洛伊木马”，颠覆了烈性噬菌体不会出现在细菌基因组中的传统观念。

这些病毒基因组真的是在感染宿主细菌吗？会不会是测序时的污染？研究者们提供了多条有力的证据：通过比对测序reads，发现这些噬菌体DNA的拷贝数与宿主细菌染色体的拷贝数之比，中位数仅为2.8。如果是典型的烈性感染，病毒DNA会疯狂复制，比例可能高达数百上千；如果是偶然污染，比例则会极低。这恰好符合一种低水平、持续性共存的感染状态。

以加拿大一个课题组从牛身上分离的7株大肠杆菌为例，它们携带的大型噬菌体在基因上各不相同，且菌株分离时间跨度长达8年（2007-2015），这有力地排除了实验室内部交叉污染的可能，证明了这些感染是真实存在于原始样品中的。

这些能够持续感染的噬菌体并非随机分布于各个病毒类群，而是表现出强烈的偏好性。它们主要集中在特定的分类群中，尤其是基因组大小超过200 kb的巨型噬菌体。研究中的三个噬菌体类群——Asteriusvirus, Gosalivirus和Seoulvirus表现最为突出。它们将DNA与细胞质隔离，可能为其长期潜伏提供了物理基础。

研究团队进一步扩展搜索，发现这类持续性噬菌体并不局限于大肠杆菌。他们在沙门氏菌、柠檬酸杆菌等其他菌属的基因组中也找到了大量相似的噬菌体。尤其令人震惊的是，他们在两株分别于2021年和2024年从不同患者体内分离出的沙门氏菌中，发现了近乎完全相同的、持续存在的Seoulvirus。这表明，一次感染事件可能跨越至少3年，随着宿主细菌一起在自然界中传播和演化。

为了进行实验验证，研究者对两株携带Asteriusvirus病毒的大肠杆菌进行了连续三次的单菌落划线培养。结果显示，在第一次划线后的9个菌落中，仅有2个和1个菌落仍携带病毒；第二次划线后，病毒近乎消失；第三次划线后则完全消失。这表明，病毒的持续并非是每个子代细菌都能继承的稳定特性，而是像一个概率事件，只在少数细胞中维持，极易在纯化过程中丢失。这解释了为何它们长期以来被忽视。

最后，研究者用Gosalivirus病毒进行的液体培养实验进一步揭示了其温和的一面。即使在较高的感染复数下，细菌培养物的生长也未受到明显抑制，且能持续产生少量病毒。透射电镜图像显示，在过夜培养物中，大量细菌处于感染的早期阶段，病毒复制似乎被“卡”住了，这可能是其实现低死亡率共存的机制。

这项研究打破了延续近一个世纪的烈性-溶原性噬菌体分类教条，首次大规模证实了持续性感染在自然界中是广泛存在的，尤其是在巨型噬菌体中。研究结果表明，噬菌体与宿主的互动更像是一个从快速杀死到温和共存的连续梯度，而非简单的二元对立。这一发现不仅更新了我们对病毒与微生物群系演化关系的基本认知，也对未来的噬菌体疗法、微生物组研究以及细菌分离培养实践提出了新的挑战和启示。在进行菌株纯化时，仅进行一次单菌落划线可能远远不够。

参考文献：https://doi.org/10.1038/s41564-025-02207-0