临床肠出血性大肠杆菌噬菌体的分离与特性研究：揭示细菌进化与毒力机制的关键钥匙

这篇研究从临床肠出血性大肠杆菌（EHEC）中分离出8种温和噬菌体，通过基因组学、形态学及受体靶向分析，揭示了其携带志贺毒素（Stx）的分子机制与宿主互作特征。研究发现噬菌体分为长尾（siphophage靶向OmpC）和短尾（podophage靶向BamA）两类，其中5株编码Stx2a亚型，基因组呈现典型的λ噬菌体模块化重组特征。该研究为理解EHEC致病性进化及开发靶向抗菌策略提供了重要依据。

　　

ABSTRACT

温和噬菌体在宿主细菌生物学中扮演核心角色。本研究从临床肠出血性大肠杆菌（EHEC）中分离出8株噬菌体，包括1株靶向OmpC受体的长尾siphophage（phi330）和7株靶向必需蛋白BamA的短尾podophage。基因组分析显示，5株携带Stx2a毒素基因，且长短尾噬菌体间存在显著差异。比较基因组学揭示了典型的λ噬菌体模块化重组模式，印证了水平基因转移驱动的进化机制。

INTRODUCTION

志贺毒素（Stx）是EHEC的核心毒力因子，由温和噬菌体编码。1982年首次暴发以来，EHEC引发的食源性疾病（如溶血性尿毒综合征HUS）持续威胁全球公共卫生。抗生素治疗可能通过SOS反应加剧Stx释放，凸显研究噬菌体-宿主互作的重要性。

MATERIALS AND METHODS

菌株与噬菌体分离：使用1987-1996年布鲁塞尔大学医院收集的EHEC临床分离株，通过自发诱导和噬菌斑纯化获得噬菌体。

基因组测序：结合Sanger、Illumina和Nanopore技术完成全基因组测序，Pharokka工具注释基因。

形态学分析：铯氯化梯度纯化后，透射电镜（TEM）显示phi330为55 nm头部+145 nm长尾，其余为57-72 nm头部+30 nm短尾。

受体鉴定：通过基因敲除（ΔompC）和回补实验证实phi330依赖OmpC；BamA竞争实验表明短尾噬菌体需结合该必需外膜蛋白。

RESULTS

基因组特征：8株噬菌体均为dsDNA（约60 kb，GC 50%），含约100个CDS。VIRIDIC分析显示与λ噬菌体最高相似性仅20%，但保留Red重组系统（exo/bet/gam）和溶原调控基因（cI/cro）。

毒素与毒力：5株携带Stx2a的噬菌体与phi330共享毒素操纵子，所有噬菌体均编码神经氨酸酯酶（NanS同源基因z1466），可能增强宿主在人体内的定植能力。

受体特异性：AlphaFold3预测phi330尾纤蛋白与噬菌体434的OmpC结合域结构相似，而短尾噬菌体保守尾纤蛋白靶向BamA的机制与已知Stx噬菌体933W一致。

DISCUSSION

研究揭示了EHEC噬菌体的多样性：

1. 1.

   形态分化：长短尾结构对应不同受体策略——非必需OmpC vs. 必需BamA，后者可能通过"基因劫持"确保感染成功率。

2. 2.

   进化模块性：基因组呈现"马赛克"重组特征，如phi346/349携带ParD/HigA抗毒素系统，可能对抗宿主防御。

3. 3.

   临床意义：明确受体为开发靶向疗法（如阻断BamA的抗菌剂）奠定基础，而Stx2a的广泛存在解释了EHEC的高致病性。

该研究为理解噬菌体介导的EHEC进化提供了分子框架，其发现对控制食源性疾病暴发具有重要价值。