1.细菌素与PTLBs：抗菌竞争的武器

自然环境中的细菌为在资源匮乏中生存，进化出了多种竞争策略，其中细菌素在细菌竞争中扮演核心角色。细菌素是一类由细菌核糖体合成并分泌到细胞外的多样化肽类或蛋白复合体。根据大小、组成或结构等因素，细菌素被分为不同类别，其中革兰氏阳性菌产生的细菌素包括Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类；而革兰氏阴性菌产生的细菌素中，大肠杆菌产生的柯林菌素和微菌素尤为重要。

PTLBs是一类由细菌产生的、结构上类似噬菌体尾部的高分子杀菌结构。与噬菌体不同，PTLBs不具备衣壳、整合酶、末端酶和核酸，因此不会发生水平基因转移，这一特性使其在抗菌应用中具有独特优势。PTLBs主要分为R型和F型两大类，其中R型具有刚性可收缩尾部，F型则具有柔性不可收缩尾部（图1）。

图1 噬菌体、R型和F型PTLBs的模式比较

2.PTLBs的结构特征

PTLBs的结构特征通过透射电子显微镜（TEM）得到了详细描述。R型PTLBs呈现为双层中空圆柱体，外层为柔性套筒，内层为刚性核心，长度约120 nm，宽度约15 nm。套筒由约200个蛋白亚基以螺旋对称方式排列组成，收缩状态下长度为46 nm，宽度18 nm；核心由约180个亚基组成，长度保持120 nm，宽度为5.7 nm。在粒子远端，一个由七个多肽组成的基板连接到外层套筒，作为管和套筒聚合的成核位点。基板还连接着六个同源三聚体尾纤维，负责识别目标细胞，也称为受体结合蛋白（RBPs）。F型PTLBs则较短，长度为106 nm，宽度为10 nm，其尾部由23个相同蛋白单元组成，分子量为19.5 kDa，且无外层套筒。

3.PTLBs的生物学特性

细菌通常生活在复杂的微生物群落中，为争夺有限的营养和空间而相互竞争。这种竞争不仅涉及远缘微生物，还包括遗传上相似的近缘菌。为在不伤害自身克隆种群的情况下竞争，细菌采用窄谱机制，如产生抗菌化合物以靶向非近缘菌。此外，细菌还利用多种噬菌体衍生的收缩注射系统（CISs），如T6SS和PTLBs。CISs分为细胞内T6SS和细胞外CISs（eCISs），其中eCIS包括R型PTLBs和噬菌体尾部结构。这些收缩结构在产生细胞自杀性裂解后释放到细胞外环境中，在细菌生态学和进化中发挥重要作用。

PTLBs的基因组以类似噬菌体尾部的簇形式存在，但缺少衣壳和复制基因。R型和F型pyocins的基因簇可能作为独立簇存在，也可能共享调节元件。这些簇位于色氨酸合成基因trpE和trpG之间，可能是PTLBs结构获取的热点区域。PTLBs基因簇中包含编码噬菌体样颗粒结构蛋白以及协助催化结构形成的装配蛋白或分子伴侣的基因，这些分子伴侣在PTLBs装配中尤为重要，特别是在尾纤维装配中。此外，PTLBs基因簇中还包含一个裂解盒，编码负责将颗粒释放到周围环境中的蛋白质。

4.PTLBs的获取与改良策略

PTLBs作为对抗多重耐药菌的有前途的抗菌治疗候选者，具有通过裂解引起感染的细菌来发挥杀菌作用的特点。众多研究表明，通过分离、鉴定和改造烈性噬菌体和/或原噬菌体，可以获得具有多种RBPs的新型PTLBs。例如，通过基因工程技术，可以修改噬菌体的尾纤维基因，从而获得头部缺失的噬菌体颗粒（PTLBs模拟颗粒）。此外，还可通过物理化学方法改变噬菌体的稳定性，使其失去衣壳，从而获得PTLBs模拟颗粒。这些方法可能产生毒性问题，因为过程中使用的化学物质可能导致颗粒活性和完整性不稳定。

5.PTLBs的应用

PTLBs在人类健康、动物健康、食品生物控制和农业领域具有广泛应用前景。在人类和动物研究中，PTLBs已被用于预防和治疗多种细菌感染，如铜绿假单胞菌感染的小鼠模型、大肠杆菌和嗜麦芽窄食单胞菌感染模型等。在食品生物控制方面，PTLBs可用于消除牛肉表面的大肠杆菌O157:H7菌株，以及用于控制李斯特菌等食源性病原体。在农业领域，PTLBs可用于控制植物病原菌，减少农药使用。

图2 PTLBs的应用

参考文献：Ibarguren C, Bleriot I, Blasco L, Fernández-García L, Ortiz-Cartagena C, Arman L, Barrio-Pujante A, Rodríguez OM, García-Contreras R, Wood TK, Tomás M. The world of phage tail-like bacteriocins: State of the art and biotechnological perspectives. Microbiol Res. 2025 Jun;295:128121. doi: 10.1016/j.micres.2025.128121