破解噬菌体“密码”:新算法精准预测金葡菌噬菌体宿主范围
破解噬菌体“密码”:新算法精准预测金葡菌噬菌体宿主范围
当前,抗生素耐药性金黄色葡萄球菌(如MRSA)的泛滥已成为全球健康的重大威胁,使得噬菌体疗法被视为一种极具潜力的替代方案。然而,该疗法的广泛应用面临一个核心瓶颈:噬菌体具有高度特异性,其宿主范围难以预测,而这种特异性取决于噬菌体尾部受体结合蛋白(RBP)与宿主表面受体(在金葡菌中主要为壁磷壁酸WTA)的精准识别。尽管WTA的糖基化修饰(如由TarM/TarS酶催化)已知会影响噬菌体吸附,但绝大多数金葡菌噬菌体的RBP多样性、其结合WTA的具体机制以及如何根据基因组序列预测其宿主范围,至今仍是一片未被充分探索的领域。
来自于来自于德国蒂宾根大学(University of Tübingen) 的Andreas Peschel教授领导的团队采用多学科交叉路线,通过生物信息学分析→重组蛋白实验→工具开发→应用验证的系统策略,建立金葡菌噬菌体RBP序列-功能-宿主范围的预测模型,为噬菌体疗法提供精准匹配工具,同时拓展了RBP在病原检测中的应用场景。
该文献通过系统分析335株金黄色葡萄球菌噬菌体的RBPs,揭示了其进化聚类规律与宿主识别机制,并开发出预测工具PhARIS:研究发现69.9%噬菌体编码两种功能互补的RBPs(RBP2可逆结合WTA受体,RBP1稳定锚定),且所有RBPs均靶向壁磷壁酸(WTA),但对糖基化类型(如α/β-GlcNAc)表现出特异性偏好;基于此建立的PhARIS算法可通过噬菌体基因组序列预测RBP类型及其宿主结合范围,显著提升噬菌体疗法的菌株匹配效率,同时证实Φ13-RBP可作为致病性RboP-WTA的快速检测工具,为耐药菌感染防治提供新策略。
图1 RBP鉴定与聚类流程 图2 ΦK双RBP的动力学结合机制
图3不同RBP聚类对WTA糖基化的结合特异性 图4 Φ13-RBP检测跨菌种的RboP-WTA
这篇研究的展望聚焦于从机制解析走向全面应用:未来计划升级PhARIS工具以预测更广泛细菌(如凝固酶阴性葡萄球菌)噬菌体的宿主范围,并通过共结晶技术在原子层面揭示RBP与WTA的识别机制;同时拓展Φ13-RBP的应用潜力,将其发展为高效生物传感器用于筛查致病菌,或与抗菌溶素偶联构建靶向药物递送系统,最终攻克噬菌体疗法中宿主范围预测与精准靶向治疗的核心瓶颈。
参考文献链接:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115369
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