沙门氏菌感染新机制：Microviridae噬菌体PJNS001/PJNS002的结构基础与抗耐药应用潜力

本研究针对多重耐药沙门氏菌(MDR Salmonella)全球蔓延的严峻挑战，揭示了Microviridae噬菌体PJNS001/PJNS002通过独特顶点强化机制识别宿主LPS（脂多糖）的分子基础。研究人员通过2.68 ?/2.59 ?冷冻电镜解析T=1对称性衣壳结构，发现pentameric（五聚体）适应性变异与DNA结合蛋白J的协同作用可阻止杂合病毒形成，为理性设计抗耐药病原体的噬菌体疗法提供结构框架。

　　

沙门氏菌感染每年导致全球数亿病例，而抗生素滥用催生的多重耐药(MDR)菌株更使治疗陷入困境。当传统抗生素在对抗这类"超级细菌"时频频失效，科学家将目光转向了自然界中与细菌搏斗数十亿年的天敌——噬菌体。其中Microviridae家族因其独特的T=1对称性衣壳结构和高效裂解能力，成为研究宿主特异性机制的理想模型。

上海科技大学等机构的研究人员从济南污水处理厂分离出两株新型Bullavirinae亚科噬菌体PJNS001/PJNS002，它们展现出截然不同的宿主识别模式：PJNS001仅感染rfaL基因缺失的沙门氏菌，而PJNS002可同时靶向rfaL/rfaJ双缺失菌株。通过冷冻电镜(cryo-EM)解析发现，这两种噬菌体虽共享35nm直径的二十面体衣壳，但其刺突蛋白G的pentameric界面存在显著差异——PJNS002通过G1Ser15-G2Leu110氢键补偿较弱的G1Ser15-G2Asp109相互作用，这种精细的分子适应与DNA结合蛋白J的碱性内表面共同维持基因组稳定性。研究还首次观察到感染过程中宿主细胞内外膜间距的动态变化（425.2? vs 442.1?），为阐明噬菌体跨膜机制提供线索。该成果发表于《Communications Biology》，为设计广谱噬菌体疗法对抗耐药沙门氏菌奠定基础。

关键技术包括：1) 采用直接分离法从环境样本中筛选特异性噬菌体；2) 2.68/2.59 ?冷冻电镜单颗粒分析解析病毒结构；3) 生物膜干涉技术(BLI)定量蛋白G-LPS结合动力学；4) 冷冻电子断层扫描(cryo-ET)原位观察感染过程；5) 系统发育分析确定噬菌体进化地位。

噬菌体起源与受体特异性

通过构建rfaL/rfaJ/rfaI基因缺失的沙门氏菌ATCC14028模型，发现PJNS001/PJNS002分别靶向LPS核心区不同糖基化位点（图1）。全基因组测序证实二者均属Sinsheimervirus属，不含毒力或耐药基因，符合治疗安全性要求。

整体结构特征

高分辨率结构显示衣壳蛋白F的β-桶状结构在Bullavirinae亚科中高度保守（RMSD 0.487?），但PJNS系列相较φX174存在~1?的衣壳扩张。质量谱分析揭示N端甲硫氨酸切除和乙酰化修饰对正确组装至关重要（补充图1f）。

五聚体界面分析

刺突蛋白G的pentameric通道电荷分布决定宿主特异性：PJNS001含负电Asp117构成选择性屏障，而PJNS002通过中性Ser118/Asn119扩大宿主范围（图3）。衣壳蛋白保守DGTDQ模体形成~4?中央孔，远小于Gokushovirinae亚科的变异孔道（补充图6）。

DNA结合蛋白分布

碱性蛋白J通过12个氢键锚定衣壳内表面，其延伸N端（PJNS001含额外12残基）穿透相邻衣壳蛋白β-桶，这种独特布局解释了Bullavirinae较Gokushovirinae更高的基因组稳定性（图4）。

讨论与展望

该研究首次揭示Microviridae噬菌体通过pentameric界面微调实现宿主范围演化的结构基础。尽管细菌可通过rfa基因表观遗传切换逃避噬菌体攻击，但构建靶向不同LPS变体的噬菌体库仍是应对MDR沙门氏菌的有效策略。未来结合时间分辨冷冻电镜等技术，有望实时捕捉H管（hypothetical tube）形成过程，为设计穿透性更强的工程噬菌体提供蓝图。