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为探究黏蛋白对噬菌体 - 宿主互作的影响,研究人员以益生菌枯草芽孢杆菌(B. subtilis)和病原菌鳗弧菌(V. anguillarum)为模型,发现黏蛋白增强噬菌体及细菌黏附,且对两者代谢活性和噬菌体存在下的黏附影响不同,为相关疗法提供依据。
在微生物与宿主互作的复杂网络中,黏膜表面作为抵御病原体的第一道防线,其核心成分黏蛋白(mucin)与噬菌体、细菌之间的动态关系一直是生命科学领域的研究热点。噬菌体作为细菌的 “天然杀手”,在调控微生物群落组成中扮演关键角色,而黏蛋白构成的黏液层是否以及如何影响这种互作,尤其是在有益菌和病原菌共存的微环境中,仍存在诸多待解之谜。例如,以往研究多聚焦于革兰氏阴性病原菌的噬菌体,而黏蛋白对益生菌相关噬菌体及不同细菌种类的差异化作用尚未明确。在此背景下,斯洛文尼亚卢布尔雅那大学(University of Ljubljana)的研究团队开展了一项具有突破性的研究,相关成果发表在《Archives of Virology》,为揭示黏膜微生态中噬菌体与宿主的互作机制提供了新视角。
研究人员采用多种关键技术方法开展研究。通过噬菌体黏附试验(phage adherence assay)检测黏蛋白对噬菌体结合固体表面的影响,利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和流式细胞术(flow cytometry)定量分析细菌黏附情况,借助氧气消耗测量和定植试验评估细菌代谢活性,并运用生物信息学方法搜索噬菌体中的免疫球蛋白样结构域(Ig-like domains)。
黏蛋白促进芽孢杆菌和弧菌噬菌体的表面黏附
研究发现,无论是枯草芽孢杆菌的裂解性噬菌体(Nf、SP-10)还是温和噬菌体(SPβ),亦或是鳗弧菌的裂解性噬菌体 KVP40,其在黏蛋白包被表面的黏附量均显著高于未包被或牛血清白蛋白(BSA)包被的对照组。例如,黏蛋白使噬菌体黏附量提升 1.3-3.2 倍,证实黏蛋白对噬菌体黏附的促进作用具有广谱性,且不依赖于噬菌体类型。
黏蛋白增强枯草芽孢杆菌和鳗弧菌细胞的表面黏附
通过荧光标记和显微镜观察,发现枯草芽孢杆菌在黏蛋白包被表面的黏附量比未包被表面高 5.5 倍,鳗弧菌则高 3 倍。有趣的是,部分黏附于黏蛋白的枯草芽孢杆菌细胞荧光信号被遮蔽,提示黏蛋白可能通过物理包裹或代谢影响改变细菌特性。
黏蛋白对两菌代谢活性的差异化影响
氧气消耗实验表明,黏蛋白显著提升鳗弧菌的代谢活性,其氧消耗速率是对照组的 3 倍,而对枯草芽孢杆菌的代谢无显著影响。定植试验进一步显示,黏蛋白抑制鳗弧菌从生物膜向液体培养基的释放,却不影响枯草芽孢杆菌,揭示黏蛋白对不同细菌的生理状态调控存在差异。
噬菌体存在下黏蛋白对细菌黏附的特异性作用
当表面预包被噬菌体时,黏蛋白仍能促进枯草芽孢杆菌的黏附,使其黏附量为单纯噬菌体包被表面的 4 倍,而鳗弧菌的黏附则不受黏蛋白影响。这一现象暗示黏蛋白可能为枯草芽孢杆菌提供 “保护屏障”,使其免受噬菌体攻击,而鳗弧菌因噬菌体裂解作用未呈现类似效应。
研究结论表明,黏蛋白通过增强噬菌体和细菌的黏附,在黏膜微环境中塑造微生物群落结构。其对益生菌和病原菌的差异化作用,如对枯草芽孢杆菌的保护效应及对鳗弧菌代谢的激活,提示黏蛋白可能成为调控肠道或水生生态中微生物互作的关键因子。此外,研究首次将噬菌体 - 黏蛋白互作模型扩展至温和噬菌体和益生菌体系,为开发靶向黏膜的噬菌体疗法(如利用噬菌体清除病原菌而保护益生菌)及优化益生菌定植策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索黏蛋白作为营养源对细菌代谢的影响,以及多菌种系统中黏蛋白的群落调控机制,为黏膜相关疾病的防治和微生态干预技术开发奠定基础。