《Current Biology》廣為人知的噬菌體感染又有新發現
摘要：噬菌體進入細胞的過程已經被研究了50多年。
噬菌體——在細菌內感染和復制的病毒——進入細胞的過程已經被研究了50多年。
在一項新的研究中，來自伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和德克薩斯農工大學的研究人員使用尖端技術在單細胞水平上觀察這一過程。物理學教授Ido Golding說：“在過去的十年中，噬菌體生物學領域出現了爆炸式的發展，因為越來越多的研究人員意識到噬菌體在生態學、進化和生物技術方面的重要性。這項工作是獨一無二的，因為我們在單個細菌細胞的水平上研究了噬菌體感染。”
圖1 共同感染的噬菌體阻礙彼此進入細胞
噬菌體感染的過程包括病毒附著在細菌表面。接著，病毒將其遺傳物質注入細胞。噬菌體進入細胞后，要么迫使細胞產生更多的噬菌體并最終爆炸，這一過程被稱為細胞裂解，要么噬菌體將其基因組整合到細菌基因組中并保持休眠，這一過程被稱為溶原性。結果取決于有多少噬菌體同時感染細胞。單個噬菌體引起溶解，而多個噬菌體的感染導致溶原。
在目前的研究中，研究人員想知道，與細菌表面結合的感染噬菌體的數量是否與注射到細胞中的病毒遺傳物質的數量相對應。為了做到這一點，他們熒光標記了噬菌體的蛋白質外殼和里面的遺傳物質。然后，他們培養大腸桿菌，使用不同濃度的感染噬菌體，并追蹤有多少噬菌體能夠將自己的遺傳物質注入大腸桿菌。
“自70年代以來，我們已經知道，當多個噬菌體感染同一個細胞時，它會影響感染的結果。在這篇論文中，我們能夠進行精確的測量，這與迄今為止所做的任何研究都不一樣，”Golding說。
研究人員驚訝地發現，噬菌體遺傳物質的進入可能會受到其他感染噬菌體的阻礙。他們發現，當有更多的噬菌體附著在細胞表面時，相對較少的噬菌體能夠進入細胞。
Golding說:“我們的數據顯示，感染的第一階段，噬菌體進入，是一個重要的步驟，以前被低估了。我們發現，相互感染的噬菌體通過擾亂細胞的電生理來阻礙彼此的進入。”
細菌的最外層不斷地處理電子和離子的運動，這些電子和離子對能量的產生和細胞內外的信號傳遞至關重要。在過去的十年中，研究人員已經開始意識到這種電生理在其他細菌現象中的重要性，包括抗生素耐藥性。這為細菌電生理在噬菌體生物學中的作用開辟了一條新的研究途徑。
圖2 噬菌體與細菌的比例
“通過影響實際進入的噬菌體的數量，這些擾動影響了裂解和溶原之間的選擇。我們的研究還表明，進入會受到環境條件的影響，比如各種離子的濃度，”Golding說。
該團隊有興趣改進他們的技術，以更好地了解噬菌體進入的分子基礎。
Golding說:“盡管我們的技術分辨率很高，但在分子水平上發生的事情對我們來說仍然是不可見的。我們正在考慮使用Minflux系統。計劃是檢驗同樣的過程，但采用更好的實驗方法。我們希望這能幫助我們發現新的生物學。”
參考資料
[1] Coinfecting phages impede each other's entry into the cell
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