丝状噬菌体核心基因与辅助毒素-抗毒素系统互作调控多溶原性共生机制

本研究揭示了铜绿假单胞菌中Pf4和Pf6两种高度相似的丝状噬菌体前噬菌体通过核心基因RepG4与KKP（激酶-激酶-磷酸酶）毒素-抗毒素模块的跨界互作，建立了剂量依赖性的分子刹车系统。该机制通过降解抗毒素PfpC释放激酶毒性，协调两种噬菌体在生物膜成熟期的释放，为理解多溶原性病原菌的毒力调控提供了新视角。

　　

在微生物世界中，噬菌体与宿主的博弈从未停歇。铜绿假单胞菌这类常见病原体常携带多个前噬菌体（称为多溶原性），这些"休眠"的病毒DNA不仅能增强细菌毒力，还赋予其惊人的基因组可塑性。其中，丝状噬菌体（inoviruses）尤为特殊——它们不像典型噬菌体那样裂解宿主，而是通过"出芽"方式持续释放病毒颗粒。在临床分离的铜绿假单胞菌MPAO1菌株中，共存着两株高度相似的Pf4和Pf6前噬菌体，它们在生物膜形成时被激活，但二者究竟竞争还是协作？这个谜题困扰着微生物学界。

中国科学院南海海洋研究所的研究团队在《Nature Communications》发表的研究给出了答案。他们发现Pf4核心基因编码的RepG4蛋白竟能跨界激活Pf6携带的KKP（kinase-kinase-phosphatase）毒素-抗毒素系统，通过剂量依赖性降解抗毒素PfpC，释放激酶PfkA/PfkB的毒性。这种前所未有的互作机制如同分子刹车，既防止Pf4过度增殖，又协调两种噬菌体的有序释放，揭示了多溶原性维持的新范式。

研究采用流式细胞生物膜模型追踪噬菌体释放动态，通过基因敲除（△repF4/△repF6等）结合单链DNA测序技术解析噬菌体复制特异性；运用双质粒共表达系统（pTac/pHERD20T）筛选核心基因与KKP的互作网络；采用蛋白质pull-down和磷酸酶活性测定验证RepG4-PfpC的直接作用；通过位点定向突变（R49C等）锁定功能关键氨基酸。

Crosstalk between the replication initiator proteins of the two prophages

研究发现尽管Pf4/Pf6的复制起始蛋白RepF4/RepF6结构相似度达95.3%，但二者严格特异性识别自身基因组。双敲除（△repF4△repF6）完全阻断噬菌体产生，而单敲除仅导致对应噬菌体缺失，证明无交叉复制现象。

PA0717 of Pf4(RepG4) in the core genome participates in the synthesis of RF Pf4

转录组显示PA0717-PA0719基因簇在生物膜中高表达。PA0717（重命名为RepG4）的缺失显著减少非超感染（non-SI）型Pf4的产生，其C端富含精氨酸的基序可能参与DNA复制。在PAO1（仅含Pf4）中验证RepG4独立促进复制型（RF）Pf4合成。

RepG4 activates the kinase-based toxicity of the KKP TA system

通过12个Pf4核心基因与KKP共表达筛选，发现仅RepG4能激活KKP毒性（菌落数下降4-log）。突变实验证实该激活依赖功能性激酶（K⁺KP⁺），体外实验显示RepG4以剂量依赖性抑制PfpC磷酸酶活性（1:3摩尔比时活性降低68%）。

RepG4 triggers the degradation of PfpC antitoxin during Pf4 activation

RepG4/PfpC互作通过pull-down证实。关键发现是两噬菌体repG翻译起始差异：Pf4使用ATG而Pf6使用GTG起始密码子。结构预测显示第49位精氨酸（R49）决定功能分化，R49C突变使RepG4丧失降解活性，而Pf6天然携带C50起到稳定PfpC的作用。

这项研究颠覆了传统认知——噬菌体核心基因竟能调控"邻居"的防御系统。RepG4-KKP互作构建了精密的剂量感应机制：当SI-Pf4（superinfective Pf4）积累至阈值时，激活KKP介导的流产感染（Abi）限制过度增殖。这种"相生相克"的关系解释了为何多溶原性菌株能维持稳定的病毒-宿主比例（1:1），也为理解临床菌株的持久感染提供了新思路。铜绿假单胞菌通过这种"一石二鸟"的策略，既利用噬菌体增强生物膜形成和免疫逃逸，又避免被噬菌体反噬，展现出微生物在进化中锤炼出的精妙平衡智慧。