研究人员观察噬菌体进入细胞的过程

对噬菌体--细菌感染病毒--的最新研究表明，噬菌体在感染过程中的数量和相互作用会影响它们进入宿主细胞，并受到细胞电生理学的影响。这一发现为了解噬菌体的行为及其对生物技术的影响开辟了新的途径。

50 多年来，研究人员一直在研究噬菌体--在细菌体内感染和复制的病毒--进入细胞的过程。在一项新研究中，来自伊利诺伊大学香槟分校和德克萨斯农工大学的科学家们采用尖端技术，在单细胞水平上研究了这一过程。

物理学教授伊多-戈尔丁（Ido Golding，CAIM/IGOH）说："噬菌体生物学领域在过去十年中出现了爆炸式增长，因为越来越多的研究人员意识到噬菌体在生态学、进化和生物技术方面的重要意义。这项工作是独一无二的，因为我们在单个细菌细胞的水平上研究了噬菌体感染。"

噬菌体感染的过程包括病毒附着在细菌表面。随后，病毒将其遗传物质注入细胞。噬菌体进入细胞后，可以迫使细胞产生更多的噬菌体并最终爆炸，这一过程称为细胞裂解；或者噬菌体将其基因组整合到细菌的基因组中，并保持休眠状态，这一过程称为溶菌作用。结果取决于有多少噬菌体同时感染细胞。单个噬菌体会导致细胞溶解，而多个噬菌体感染则会导致细胞溶解。

第一作者 Thu Vu Phuc Nguyen（左）和 Ido Golding 研究了共感染噬菌体如何阻碍对方进入细胞。图片来源：Fred Zwicky

在目前的研究中，研究人员想知道与细菌表面结合的感染噬菌体数量是否与注入细胞的病毒遗传物质数量一致。为此，他们用荧光标记了噬菌体的蛋白质外壳和内部的遗传物质。然后，他们培养大肠杆菌，使用不同浓度的感染噬菌体，并追踪有多少噬菌体能够将其遗传物质注入大肠杆菌。

"我们从上世纪 70 年代就知道，当多个噬菌体感染同一个细胞时，会影响感染的结果。在这篇论文中，我们能够进行精确的测量，这与迄今为止的任何研究都不同，"戈尔丁说。

研究人员惊讶地发现，噬菌体遗传物质的进入可能会受到其他共感染噬菌体的阻碍。他们发现，当细胞表面附着的噬菌体较多时，能够进入细胞的噬菌体就相对较少。

戈尔丁说："我们的数据表明，感染的第一阶段--噬菌体进入--是一个重要的步骤，而这一步骤以前没有得到足够的重视。共感染的噬菌体通过扰乱细胞的电生理学来阻碍对方进入细胞。"

细菌的最外层不断处理着电子和离子的运动，而电子和离子对于产生能量和在细胞内外传递信号至关重要。在过去十年中，研究人员开始意识到这种电生理学在其他细菌现象（包括抗生素耐药性）中的重要性。这篇论文为细菌电生理学的研究开辟了一条新途径--它在噬菌体生物学中的作用。

"通过影响实际进入的噬菌体数量，这些扰动会影响溶解和溶原之间的选择。我们的研究还表明，噬菌体的进入会受到各种离子浓度等环境条件的影响，"戈尔丁说。

研究小组有兴趣改进他们的技术，以便更好地了解噬菌体进入的分子基础："尽管我们的技术分辨率很高，但在分子水平上发生的事情我们基本上还是看不到。我们正在考虑在卡尔-R-沃斯基因组生物学研究所使用 Minflux 系统。我们的计划是研究相同的过程，但采用更好的实验方法。我们希望这将有助于我们发现新的生物学"。

编译自/ScitechDaily