噬菌体是地球上最丰富的生物实体之一，它们在细菌生态和进化中发挥着关键作用。近年来，随着抗生素耐药性问题的日益严重，噬菌体作为潜在的抗菌剂重新引起了科学界的关注。然而，噬菌体与宿主细菌之间的相互作用及其宿主特异性的决定因素仍然存在许多未解之谜。2023年发表在Cell Reports上的一篇题为Genetic determinants of host tropism in Klebsiella phages的研究，深入探讨了克雷伯氏菌噬菌体的宿主向性及其遗传决定因素，为噬菌体疗法的应用提供了重要的理论支持。

肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）是一种广泛传播的机会性病原体，其多重耐药性菌株对公共卫生构成了严重威胁。噬菌体作为细菌的天然捕食者，具有显著的抗菌潜力。然而，噬菌体的宿主范围通常较窄，这限制了其在临床应用中的广泛使用。因此，理解噬菌体宿主特异性的遗传决定因素对于开发高效的噬菌体疗法至关重要。

研究团队从138个具有代表性的克雷伯氏菌临床分离株中分离出46个噬菌体，并通过斑点测试（spot tests）评估了这些噬菌体的宿主范围。研究发现，大多数噬菌体的宿主范围非常狭窄，仅有不到2%的噬菌体-宿主组合产生了可检测的相互作用。

为了进一步揭示噬菌体宿主特异性的遗传基础，研究团队对噬菌体基因组进行了测序，并分析了噬菌体编码的解聚酶（depolymerase）序列。解聚酶是一种能够降解细菌荚膜多糖的酶，被认为是噬菌体感染的关键决定因素。

主要发现

1.荚膜多样性是限制噬菌体宿主范围的主要因素

研究表明，克雷伯氏菌的荚膜多糖（capsular polysaccharide, CPS）是噬菌体识别的主要受体。荚膜多糖的多样性显著限制了噬菌体的宿主范围，只有能够识别特定荚膜类型的噬菌体才能成功感染宿主。

2. 解聚酶是宿主向性的关键决定因素

 噬菌体编码的解聚酶序列类型与其感染特定荚膜类型的能力密切相关。研究发现，解聚酶的序列特征可以预测噬菌体的宿主范围，这一发现为噬菌体疗法的精准应用提供了理论依据。

3. 具有广泛宿主范围的噬菌体不依赖经典解聚酶

 有趣的是，研究中发现的少数具有广泛宿主范围的噬菌体并不编码经典解聚酶。这表明这些噬菌体可能通过其他机制进入宿主细胞，例如利用不同的受体或通过其他未知的分子机制。

4. 噬菌体感染的预测可行性 

该研究还指出，通过分析噬菌体和细菌的基因组序列，可以预测噬菌体感染的初始步骤。这种基于基因组的预测方法为噬菌体疗法的开发提供了新的思路。

这项研究不仅扩展了我们对噬菌体与细菌之间复杂相互作用的理解，还为噬菌体疗法的临床应用提供了重要的理论支持。通过揭示噬菌体宿主特异性的遗传决定因素，科学家可以更精准地设计噬菌体组合，以应对多重耐药菌株的挑战。

尽管研究取得了重要进展，但噬菌体宿主特异性的复杂性仍然需要进一步探索。例如，研究团队指出，噬菌体感染的后续步骤（如基因传递和复制）可能受到其他遗传因素的影响。未来的研究可以结合基因组学、结构生物学和机器学习等方法，进一步揭示噬菌体与宿主细菌之间的相互作用机制。

参考文献：doi: 10.1016/j.celrep.2023.112048