裂解性噬菌体CKA15靶向单核细胞增生李斯特菌的多组学特征解析及其感染机制研究

本研究通过多组学技术（包括蛋白质组学、Illumina RNA-seq和ONT-cappable-seq）系统解析了裂解性噬菌体CKA15侵染单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）的动态过程，揭示了噬菌体颗粒相关蛋白组成、时序性转录调控网络及宿主代谢重编程机制，为噬菌体生物防控和合成生物学工具开发提供了新见解。

　　

噬菌体CKA15的生物学特性

作为Pecentumvirus属的严格裂解性噬菌体，CKA15具有典型的肌病毒形态——二十面体头部和可收缩尾部，其线性双链DNA基因组含137,077 bp和3,134 bp的长末端重复序列（LTR）。生长动力学分析显示潜伏期50分钟、裂解量约14个噬菌体/细胞，抗性突变频率为4.5×10^?5，显著低于其他噬菌体-宿主系统。

噬菌体颗粒的蛋白质组特征

通过CsCl梯度离心纯化成熟噬菌体颗粒，结合ESI-MS/MS鉴定出29种噬菌体编码的推定颗粒相关蛋白。其中9种为已知结构蛋白（如尾管蛋白、门户蛋白、主要衣壳蛋白），10种位于结构模块的未知功能蛋白，另有9种非结构模块蛋白（包括内溶素和预测RNA结合蛋白CKA15_055）。酶谱实验证实内溶素及其酶活性域具有肽聚糖降解活性，暗示其可能参与宿主细胞裂解或DNA注入。

时序转录动态揭示感染程序

Illumina RNA-seq显示感染过程中宿主转录本比例从100%降至30%，而噬菌体转录本在40分钟时占比达70%。基因表达模式呈现明显时序特征：

• 早期（5分钟）：LTR基因（如酸性小蛋白CKA15_190）和预测宿主劫持基因高表达；
• 中期（15分钟）：核酸代谢基因（如核糖核苷酸还原酶、NAMPT）主导；
• 晚期（25-40分钟）：结构蛋白（尾鞘蛋白、衣壳蛋白）和裂解相关基因（内溶素）显著上调。

启动子结构与转录调控机制

ONT-cappable-seq鉴定出81个转录起始位点（TSS）和66个终止位点（TTS）。MEME分析发现两类启动子：

1. 早期启动子：含TTGACCT -35元件和AT-rich上游增强序列，类似σ^A依赖型启动子；
2. 晚期启动子：具有TGCTATATTA保守序列但缺乏-35元件。
   推测噬菌体编码的抗σ因子（CKA15_135）可能通过阻断宿主RNA聚合酶与AT-rich区域结合，介导早期到晚期的转录转换。

宿主代谢重编程

感染5分钟内即观察到宿主转录组显著变化：

• 上调通路：钴胺素（维生素B₁₂）合成、丙二醇代谢和细菌微区室（如pdu操纵子）相关基因，可能与能量供应和应激响应相关；
• 下调通路：细胞壁合成（tagO等WTA合成基因）和转录调控因子，反映噬菌体对宿主资源的掠夺。GO富集分析显示翻译相关功能（核糖体、ATP合成酶）被激活，而DNA结合转录因子活性受抑制。

生物学意义与潜在应用

该研究首次绘制了裂解性噬菌体侵染单核细胞增生李斯特菌的全景多组学图谱，揭示以下创新点：

1. 发现非结构模块蛋白（如CKA15_055）可能通过RNA结合功能调控宿主翻译；
2. 鉴定出高转录活性非编码区，推测其编码Y RNA或参与转录后调控；
3. 阐明丙二醇代谢通路激活与噬菌体劫持宿主资源的关联性。
   这些发现为开发基于噬菌体的食品安全干预策略（如生物消毒剂）和合成生物学元件（如时序性启动子）提供了理论依据。