噬菌体蛋白在感染后立即靶向并吸收宿主核糖体

　　噬菌体能够改变生命的基本过程来征服细菌宿主。其中，巨型噬菌体尤其令人兴奋，因为它们具有非常大的基因组(200-600 kb)，编码数百个具有未知功能的蛋白质。一个典型的模型是ΦKZ，这是一种巨型噬菌体，感染铜绿假单胞菌，是医院感染和抗生素耐药感染的主要原因。ΦKZ有着非常复杂的感染周期，涉及形成噬菌体核，将基因组复制和转录与细胞质中的翻译分离等。噬菌体核排除了针对DNA的主动防御系统，使噬菌体对某些CRISPR-Cas系统具有抵抗力。噬菌体通过操纵宿主的RNA聚合酶(RNAP)和翻译，以及编码替代的σ因子、调节转录周期的不同阶段、通过ADP核糖基化和磷酸化修饰RNAP残基的酶等手段来实现这一目的。在感染过程中，噬菌体需要立即翻译其蛋白质，以克服宿主的应激反应和防御系统。如，噬菌体可以产生抗限制修饰蛋白、抗CRISPR蛋白等。

　　本文主要研究噬菌体KZO14感染宿主铜绿假单胞菌PAO1后，宿主翻译机制的变化。噬菌体通常提供自己的rnap来确保其基因组的转录，而在蛋白质合成时，它们完全依赖于宿主的翻译机制。因此，噬菌体要控制蛋白质合成，它必须能够调节宿主核糖体。该研究报道了几种与核糖体相互作用的ΦKZ蛋白，如在未感染的铜绿假单胞菌细胞中异位表达，这些ΦKZ蛋白与任何已知的宿主蛋白没有序列相似性。

　　该研究首先利用低镁离子条件研究DKZ 014与细菌核糖体的相互作用，发现DKZ 014主要靶向50S亚基，且相互作用可能发生在亚基之间。接着，利用FLAG标签的蛋白质拉下实验，观察感染后宿主蛋白质的富集情况，发现宿主蛋白质uL 30、bL 35和bL 36等与50S亚基密切相关。将噬菌体KZO14感染宿主PAO1.然后利用质谱技术对感染后的宿主细胞进行蛋白质组学分析，发现噬菌体感染后，宿主翻译机制发生了显著变化。噬菌体感染后，宿主的核糖体亚基和翻译因子等翻译相关蛋白质在宿主细胞中大量聚集，形成了高密度的翻译复合物。同时，噬菌体感染后，宿主的核糖体亚基和翻译因子等翻译相关蛋白质在宿主细胞中大量聚集，形成了高密度的翻译复合物。

　　对高度相关的蛋白沉积谱的全局聚类分析表明，噬菌体蛋白与铜绿假单胞菌的关键基因表达复合物，即RNAP和小(30S)和大(50S)核糖体亚基相关，表明它们可能与宿主RNAP相互作用。

　　接着，利用MNase处理和嘌呤霉素处理，验证ΦKZ 014与宿主核糖体的稳定直接关联，不依赖于转录物或新生肽链。此外，利用RNA-seq时间序列分析，发现感染后10分钟内，噬菌体mRNA被转录，其中ΦKZ 014、-105和-216等与核糖体亚基相关的mRNA积累速度较快。进一步观察到，在感染ΔΦKZ014噬菌体后的前2.5 min内，从头蛋白合成减少，然后在40 min的过程中逐渐关闭。研究结果结论，核糖体相关因子ΦKZ014对于菌株可以通过翻译关闭来终止噬菌体复制的噬菌体复制至关重要。

　　综上所述，该文章证明了噬菌体感染宿主后，宿主翻译机制发生了显著变化，形成了高密度的翻译复合物。这一发现对于理解噬菌体感染宿主后的分子机制具有重要意义。

　　参考文献：Phage proteins target and co-opt host ribosomes immediately upon infection. Doi: https://doi.org/10.1038/s41564-024-01616-x.