噬菌体感染的核心推手：依赖RecA的核酸酶Gp16功能获阐明

噬菌体与宿主细菌之间的进化“军备竞赛”促使噬菌体演化出多种策略来接管宿主细胞。其中，通过编码效应蛋白（如核酸酶）来重编程宿主的核酸代谢、抑制其复制并抢夺资源，是确保噬菌体自身高效增殖的关键手段。然而，许多这类早期表达的噬菌体蛋白的具体作用机制，尤其是它们如何精准利用宿主的核心细胞机器来达成双重目标——即同时压制宿主并促进噬菌体繁殖——仍然是未被充分揭示的领域。

中国科学院武汉病毒研究所病毒学国家重点实验室陈士云团队发表于Nucleic Acids Research的Bacteriophage deploys a RecA-dependent nuclease to inhibit Staphylococcus aureus replication and promotephage propagation一文聚焦于金黄色葡萄球菌噬菌体ΦNM1的早期蛋白Gp16，阐明它是否以及如何扮演一个“双面角色”，从而为理解噬菌体-宿主相互作用的分子基础提供新见解。

研究团队综合运用了分子遗传学、生物化学和细胞生物学等方法：首先通过构建gp16基因缺失的噬菌体突变体（ΦNM1Δgp16），结合噬菌斑实验、生长曲线和子代定量（图1C-D, 图2B-D），发现缺失gp16会严重削弱噬菌体感染效率、复制和宿主裂解；其次，利用AlphaFold进行结构预测（图3A-C）和点突变验证（图3E-F），并结合体外电泳迁移率变动实验（EMSA）和DNA切割实验（图4A-E），证实Gp16是一个依赖关键催化残基C181的HNH家族核酸酶。

图1Gp16对宿主生长及NM1毒力的影响 

图2Gp16为噬菌体感染早期表达且适应性所必需

图3 Gp16作为核酸酶诱导金黄色葡萄球菌DNA凝集

图4 Gp16具有时间和剂量依赖性的核酸酶活性

进而，通过体内下拉联合质谱、体外His标签下拉（图5A）和细菌双杂交实验（图5C-D），鉴定并验证了Gp16与宿主RecA蛋白的直接相互作用，并证明此相互作用对Gp16介导的生长抑制至关重要（图5E-F）；最后，通过qPCR测定染色体复制状态（oriC/ter比值）及复制相关基因的转录水平（图6C-E），发现Gp16在感染早期通过RecA抑制宿主DNA复制并引发DNA凝集，从而显著促进噬菌体自身的基因组复制（图6B）。这些结果系统阐明了Gp16作为一个噬菌体编码的、RecA依赖的核酸酶，通过“劫持”宿主重组蛋白来协调宿主抑制与噬菌体增殖的双重机制。

图5 Gp16与RecA相互作用并介导生长缺陷

图6 Gp16劫持RecA以抑制宿主复制

这项研究揭示了Gp16及其与RecA的相互作用界面可作为潜在的新型抗菌靶点，为未来开发能干扰此类关键宿主-噬菌体互作、从而遏制细菌适应性的创新疗法提供了理论依据。

参考文献链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkag024