近日，国际知名期刊《Nucleic Acids Research》发表了一项关于细菌与噬菌体互作的突破性研究。来自吉林大学、西安交通大学、中国科学院武汉病毒研究所等单位的研究团队，以小肠结肠炎耶尔森氏菌和噬菌体X1为研究模型，首次揭示细菌鞭毛兼具噬菌体DNA入侵通道和细菌抗噬菌体防御触发器的双重功能，并发现了全新的鞭毛依赖性毒素-抗毒素系统（Flag-TA），为解析噬菌体-宿主共进化机制、开发新型抗菌策略提供了颠覆性视角。

细菌鞭毛是经典的运动结构，帮助细菌趋利避害、定植宿主，同时也常被噬菌体当作“入侵靶点”，成为噬菌体重组的受体。此前研究发现，小肠结肠炎耶尔森氏菌的鞭毛表达具有温度依赖性：25℃左右合成鞭毛、具备运动能力，37℃则抑制鞭毛合成，这一特性为研究鞭毛在噬菌体-宿主互作中的作用提供了天然模型。

而细菌虽进化出CRISPR-Cas、常规TA系统等抗噬菌体机制，但科学界始终未发现由噬菌体结合鞭毛特异性激活的防御系统，噬菌体如何利用鞭毛感染、细菌又如何针对这一入侵方式防御，成为亟待破解的科学问题。经典的鞭毛趋向性噬菌体（如χ、iEPS5）严格依赖鞭毛感染，且通过鞭毛旋转的被动“螺母-螺栓”模型注入DNA，而研究团队发现，噬菌体X1打破了这一固有规律，展现出独特的感染策略。

双受体感染，LPS效率更高：X1并非严格依赖鞭毛，可利用鞭毛（25℃，细菌表达鞭毛时）和脂多糖（LPS，37℃，细菌无鞭毛时）双受体感染，且通过LPS的感染效率显著更高，鞭毛反而会轻微阻碍其入侵，这与经典鞭毛趋向性噬菌体形成鲜明对比。

收缩驱动的“螺丝刀-螺丝”主动注入机制：X1拥有收缩性尾部，与依赖鞭毛旋转的被动感染不同，它通过尾部鞘收缩产生的机械力，将DNA主动注入鞭毛的中空通道，这一过程被命名为“螺丝刀-螺丝”机制，且完全不依赖鞭毛运动（敲除鞭毛马达蛋白MotA后，感染效率反而提升）。

DNA沿鞭毛内部通道转运：实验证实，X1的DNA通过鞭毛内部的III型分泌系统通道转运（直径可容纳噬菌体DNA），而非沿鞭毛外部移动—即使加入高浓度外切酶DNase I，也无法降解感染过程中的噬菌体DNA，进一步验证了这一转运路径。

图1 噬菌体X1是一种鞭毛嗜性噬菌体，能够感染具有运动能力的肠炎耶尔森菌和无运动能力的肠炎耶尔森菌。

另外，研究团队通过转录组分析、基因敲除和体外功能验证，鉴定出该防御系统的核心效应模块——Flag-TA系统，这是一种未被经典生物信息学工具识别的新型II型毒素-抗毒素系统，也是首个鞭毛依赖性TA系统。

系统组成：1816（抗毒素）-1817（毒素）双顺反子操纵子：Flag-TA由相邻的1816和1817基因编码，二者形成稳定复合物，1816可直接中和1817的毒性；单独过表达1817会严重抑制细菌生长，而共表达1816则可完全恢复细菌生长。

激活关键：抗毒素的选择性降解：25℃下噬菌体X1感染时，抗毒素1816发生特异性降解，毒素1817释放并在细菌内积累，进而发挥防御效应；而37℃（无鞭毛）或敲除flhDC/motAB时，1816不会降解，Flag-TA系统保持失活状态。

功能机制：非特异性RNase降解宿主与噬菌体RNA：Flag-TA的毒素1817是一种无DNase活性、仅具RNase活性的蛋白，可快速降解细菌自身的23S/16S rRNA，同时降解噬菌体的关键基因转录本（如DNA甲基转移酶、尾纤维蛋白基因），从转录水平终止噬菌体感染，介导流产感染。实验证实，突变1817的HNH核酸酶结构域关键位点（H323A）后，其RNase活性完全丧失，防御功能也随之消失。

图2 1816–1817操纵子编码一种新型鞭毛依赖型Ⅱ型转运复合体。

该研究首次将细菌的抗噬菌体防御边界从细胞膜延伸至鞭毛这一胞外结构，重新定义了鞭毛的多功能性——它不仅是细菌的运动器官、噬菌体的入侵靶点，更是细菌的“先天免疫传感器”。

噬菌体X1进化出双受体、主动注入的感染策略，以适应耶尔森氏菌鞭毛的温度表达特性；而耶尔森氏菌则利用鞭毛的MotAB作为传感器，进化出Flag-TA系统这一针对性防御机制，二者的互作展现了噬菌体-宿主共进化的精妙与激烈。同时，Flag-TA系统的发现，丰富了II型TA系统的家族类型，为挖掘新型抗噬菌体元件提供了新方向。

参考文献

Wang Z, Chen W, Wang E, et al. Battle beyond membrane: flagella as a conduit for phage DNA entry and a trigger for bacterial defense in Yersinia enterocolitica[J]. Nucleic Acids Research, 2025, 53(21): gkaf1203.DOI:10.1093/nar/gkaf1203