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耐药性问题日益严峻，为探究噬菌体在细菌中的作用，研究人员以肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）为对象研究端粒噬菌体。发现其广泛分布，编码多种抗菌毒素（telocin）。这为精准编辑微生物种群提供新思路，有望解决耐药菌难题。
在微生物的世界里，肺炎克雷伯菌（
Klebsiella pneumoniae）可谓是臭名昭著。它不仅是农业、环境中的常见菌，还跻身六大 ESKAPE 病原体之列，给临床治疗带来极大挑战。近年来，耐药性肺炎克雷伯菌不断涌现，社区获得性高毒力菌株也开始侵袭健康人群，这些菌株的进化与多种可移动遗传元件密切相关。
端粒噬菌体，一种独特的噬菌体，长期以来被视为生物学上的罕见现象。它的基因组复制方式类似线性质粒，却又有着噬菌体的感染特性，此前人们对其在宿主细菌中的分布和作用知之甚少。为了揭开端粒噬菌体的神秘面纱，探究其在细菌世界中的角色，研究人员展开了深入研究。这项研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为微生物领域的研究开辟了新的方向。
研究人员运用了多种关键技术方法。在基因组研究方面，通过对肺炎克雷伯菌进行全基因组测序，构建泛基因组数据集，筛选端粒噬菌体及其相关基因；在蛋白质研究上，利用蛋白质组学分析鉴定噬菌体编码的蛋白，还通过基因克隆、表达和纯化技术获取 telocin 蛋白；此外，竞争实验则帮助研究人员了解端粒噬菌体对宿主竞争优势的影响。
端粒噬菌体在克雷伯菌宿主中普遍存在
研究人员对Klebsiella quasipneumoniae FK688 菌株进行长读长序列数据分析，发现了一种线性的、染色体外的遗传元件 NAR688，它含有多个与噬菌体基因组复制、病毒粒子产生相关的基因，以及端粒噬菌体的标志性基因。通过构建泛基因组数据集，研究人员发现 NAR688 样端粒噬菌体在肺炎克雷伯菌物种复合体中广泛分布，约 11.6% 的被调查基因组中存在端粒噬菌体，并且在至少 14.7% 的克雷伯菌染色体中存在源于端粒噬菌体结构基因整合的结构基因盒（SGCs）。
用于研究端粒噬菌体对宿主细胞生物学影响的遗传系统
为了深入研究端粒噬菌体，研究人员诱导 FK688 菌株产生 NAR688 病毒粒子并进行纯化，通过电镜观察到其独特的形态。随后，利用纯化的噬菌体感染不同的克雷伯菌菌株，成功获得了携带噬菌体的宿主菌株，如 AJ027?688 和 AJ292?688。研究发现，噬菌体的携带并不影响宿主菌株的生长速率，这为后续研究提供了稳定的实验模型。
宿主细胞系统中表达一种毒素 - 免疫蛋白对
对携带和不携带端粒噬菌体的等基因菌株进行蛋白质组学分析，研究人员发现了 9 种 NAR688 来源的蛋白质。其中，TelA 与成孔细菌素具有同源性，ImmA 则与抑制毒素活性的蛋白质同源。实验证明，TelA 具有抗菌活性，能在多种克雷伯菌菌株上形成清除区，而 ImmA 可以赋予细胞对 TelA 的抗性，且 ImmA 定位于细菌内膜。
OmpK36、TonB 和 ExbB 参与 TelA 的导入
通过对 TelA 抗性突变菌株的全基因组测序，研究人员发现突变发生在编码 TonB、ExbB 和 OmpK36 的基因上。将野生型基因导入突变菌株后，恢复了其对 TelA 的敏感性。进一步研究发现，OmpK36 的细胞外环在 TelA 的导入中起着关键作用，其中环 1、4 和 6 可能参与了 TelA 的结合，OmpK36 被认为是 TelA 导入克雷伯菌的受体。
五种 telocin，通过宿主范围和结构特征区分
研究人员通过对噬菌体基因组的搜索，鉴定出四种新的克雷伯菌端粒噬菌体，它们编码不同的 telocin 基因盒，分别命名为 TelB、TelC、TelD 和 TelE。对这些 telocin 进行纯化和结构预测，并测试其对 53 种克雷伯菌菌株的抗菌活性，发现它们的宿主范围和结构特征各异，TelB 的杀菌谱最广，而 TelD 的活性范围较窄。在不同的基因组数据集中，TelA 是最普遍的 telocin，TelC 和 TelD 在部分数据集中被发现，这表明 telocin 在克雷伯菌中的分布具有多样性。此外，研究人员还在其他细菌属中发现了端粒噬菌体，表明其分布比之前认为的更为广泛。
端粒噬菌体赋予对 TelA 敏感菌株的竞争优势
为了探究 TelA 是否能赋予宿主竞争优势，研究人员进行了竞争共培养实验。以携带不同噬菌体的克雷伯菌菌株作为捕食者，以对 TelA 敏感或抗性的菌株作为猎物，结果发现携带编码 TelA 的噬菌体 NAR688 的菌株能够在共培养中逐渐淘汰 TelA 敏感的猎物菌株，而对 TelA 抗性的猎物菌株则不受影响，这表明 TelA 使端粒噬菌体和宿主能够在竞争中占据优势。
研究表明，端粒噬菌体在细菌中广泛分布，编码多种具有抗菌活性的 telocin，这些 telocin 能够促进细菌间的竞争，影响微生物种群的组成。研究还揭示了 telocin 的作用机制、受体以及不同 telocin 的特性。这不仅丰富了人们对噬菌体 - 宿主相互作用的理解，也为精准调控微生物种群提供了新的策略，有望应用于临床治疗、农业和环境微生物学等领域，对抗耐药菌感染和优化微生物生态。但研究也存在局限性，未来可通过更全面的基因组分析，深入了解端粒噬菌体的多样性及其在不同环境中的作用，为微生物领域的发展提供更多理论支持和实践指导。
