【LorMe周刊】噬菌体宿主范围的分子和进化决定因素
作者：王硕，南京农业大学硕士在读。主要研究利用噬菌体防治土传病害。
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摘要
噬菌体的宿主范围是对噬菌体进行分类的一个依据。宿主范围是噬菌体的主要特征之一，取决于整个感染周期中噬菌体与宿主之间的一系列分子相互作用。本文回顾了确定宿主范围的分子机制，提供了在进化背景下定义广泛宿主范围的框架，并突出显示未来研究的领域。
按宿主范围对噬菌体进行划分
噬菌体可根据其宿主范围和实现该目的的机制分为三个基本组。（A）狭窄宿主范围的噬菌体（B）广泛宿主范围的噬菌体（C）可以切换宿主范围的噬菌体。
文章中将窄宿主范围的噬菌体定义为只能在一个宿主中完成其生命周期的噬菌体（图1A），宽宿主范围的噬菌体定义为可以在多个分类学不同的宿主中完成其生命周期的噬菌体。在广泛的宿主范围的不同级别之间没有明确的分类区别。感染同一物种的多种细菌菌株的噬菌体和感染不同属细菌的噬菌体均被认为具有广泛的宿主范围，尽管后者的范围显然比前者更大。
图1 基于宿主范围的噬菌体划分
噬菌体的宿主范围可以改变
已知某些噬菌体通过受体结合蛋白以改变受体特异性。文章中介绍了改变受体结合蛋白的策略：
点突变具有可逆性和可重复性（图2A）。但是，由于噬菌体中功能获得性突变受到的限制强于宿主中功能丧失性突变，大多数突变不会导致宿主范围的改变。
多价博德氏菌噬菌体BPP-1通过逆转录酶介导的机制改变其宿主特异性。该蛋白质将特定突变的组合引入受体结合蛋白上游的模板区域（TR）。随后，这将替换基因3’端的高变区（HV）。
在大肠杆菌噬菌体T4中，受体结合蛋白的可变部分两侧是称为His-boxs的GxHxH基序。这些His-boxs的重复改变了RBP特异性（图2C）。
噬菌体Mu和P1在可逆基因组区段中具有不同特异性的两个受体结合蛋白。可以在原噬菌体状态下翻转此段，从而确定转录了哪个受体结合蛋白。
广谱噬菌体同时表达多个受体结合蛋白
文章中介绍了噬菌体同时表达多种受体结合蛋白后，与受体结合的方式：（A）形成V形尾钉（B）产生径向受体结合蛋白。
最近的低温电子层析成像（cryo-ET）研究表明，多价噬菌体同时表达多个受体结合蛋白。沙门氏菌噬菌体SP6可以感染多个肠炎链球菌亚种，其在V形结构上表达两个受体结合蛋白，这些受体结合蛋白可以旋转，以根据遇到的宿主物种改变尾钉的方向（图3A）。
肠杆菌噬菌体F92编码不少于五个受体结合蛋白基因，用于感染几种不同的大肠杆菌和沙门氏菌菌株。Cryo-ET显示出至少三个从F92底板辐射出的受体结合蛋白（图3B）。
图3 编码具有不同特异性的多种受体结合蛋白（RBP）的噬菌体争朝夕
总结
噬菌体宿主范围的变化是噬菌体与宿主相互作用的一部分，主要体现在受体结合蛋白能否与受体成功结合以完成吸附过程。噬菌体可以通过不同的策略改变受体结合蛋白从而改变其宿主范围，不同的受体结合蛋白越多，宿主范围也就越广泛，但也意味着噬菌体毒力的下降。广谱噬菌体可以同时表达多个受体结合蛋白，通过不同的机制将受体结合蛋白与对应的受体结合达到吸附的目的。论文ID
原名：Molecular and Evolutionary Determinants of Bacteriophage Host Range
译名：噬菌体宿主范围的分子和进化决定因素
期刊：Trends in Microbiology (2018)
IF：11.97
发表时间：2018.08
通讯作者：Bas E. Dutilh
通讯作者单位：荷兰乌得勒支大学
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