Nat Microbiol | 王连荣/陈实联合揭示噬菌体以彼之道还施彼身的磷硫酰化修饰策略

随着全球范围内抗生素耐药性感染的不断增多，以及新型抗生素研发进程的放缓，噬菌体疗法重新成为用于治疗耐药菌感染的重要手段。然而，噬菌体疗法仍面临巨大挑战：细菌为抵御噬菌体的侵染，进化出种类繁多的防御系统。揭示噬菌体逃逸这些防御系统的功能及其作用机制，不仅为优化噬菌体治疗提供新思路和实践指导，也有助于深入理解噬菌体与细菌之间的进化关系。

2026年7月29日，深圳市儿童医院、深圳市转化医学研究院（深圳大学第一附属医院）及武汉大学紧密合作， 王连荣 教授团队和 陈实 教授团队联合在 Nature Microbiology 在线发表了题为 Phage hijacks host phosphorothioate DNA modification machinery to circumvent bacterial Ssp defenses 的研究论文，完整 揭示了一种由噬菌体编码的新型磷硫酰化修饰系统高效对自身基因组进行磷硫酰化修饰，从而拮抗细菌Ssp防御系统的作用机制。这一发现打破了磷硫酰化修饰系统仅存在于细菌古菌中的传统认知，为理解细菌与噬菌体之间相互作用及共同进化路径提供了全新视角。

王连荣教授与陈实教授长期致力于解析微生物表观遗传学修饰的化学生物学机制及其耦合的细菌防御系统，以及相应噬菌体拮抗机制的研究【1-3】。联合团队系统性地探究了广泛存在于细菌中的DNA磷硫酰化修饰及其耦合的宿主防御系统【4】。利用单分子实时测序技术与量子点标记技术，绘制了全基因组磷硫酰化修饰图谱，并实现了DNA的可视化标记，揭示了磷硫酰化修饰的识别序列及其修饰的不饱和性【5,6】。该修饰与甲基化修饰共存且相互影响【7,8】，共同调控基因表达并维持细胞代谢稳态【9】。磷硫酰化修饰系统联合不同的限制性组件，通过磷硫酰化修饰标记自身基因组，从而区分“自我”与“非我”DNA，作为细菌或古菌的天然免疫系统，抵御噬菌体与外源质粒的侵染【10,11】。其中，Dnd系统（ Ⅰ型 ）可对细菌基因组中特定的识别序列进行双链修饰，并与多种限制模块（ 如DndFGH、DndI和PbeABCD ）偶联，发挥抵抗噬菌体功能【11-13】。Ssp系统（ Ⅱ型 ）则特异性识别基因组中的序列实现单链修饰，并与SspE或SspFGH共同构成噬菌体防御系统【14-16】。借助这些磷硫酰化防御系统，成功对多种底盘菌株进行了遗传改造，赋予其抗噬菌体能力，显著降低了工业发酵生产中噬菌体污染的威胁【17】。近期，联合团队还报道了一种存在于极端嗜热微生物中的特有Tdp磷硫酰化限制修饰系统（ Ⅲ型 ）。与Dnd和Ssp系统不同，Tdp系统仅由单个蛋白TdpC便可实现对细菌或古菌基因组的双链修饰，并联合限制模块TdpAB发挥抗噬菌体功能【18】。此外，还揭示了噬菌体针对细菌Dnd系统的免疫拮抗机制：噬菌体通过表达蛋白激酶JSS_004，能够磷酸化包括Dnd系统在内的多种细菌防御系统蛋白，使其功能失活，从而逃逸这些防御系统的限制【19】。

噬菌体是否还进化出了其它逃逸磷硫酰化限制修饰系统的拮抗机制？该Nature Microbiology文章以一株携带SspBCD-SspFGH磷硫酰化防御系统的铜绿假单胞菌为研究对象，从热泉水样中分离出能够突破该防御系统限制的噬菌体WCHPA-P1。通过化学诱变与基因敲除实验，定位并证实该噬菌体仅依赖单个基因（ pptA ）即可抵抗Ssp防御系统。令人意外的是，PptA蛋白其实是一种由单一蛋白组成的新型磷硫酰化修饰系统（ Ⅳ型 ）。噬菌体侵染宿主时，通过高表达的PptA蛋白“劫持”宿主的半胱氨酸脱硫酶IscS，实现对噬菌体自身基因组的修饰，从而帮助噬菌体抵抗细菌Ssp防御系统。

这是首次发现并证实噬菌体中也编码有磷硫酰化修饰系统。进一步分析了 202,048株噬菌体基因组 ，共发现366株噬菌体携带有 pptA 基因，这些噬菌体可感染63种不同细菌属，表明PptA蛋白在自然界中广泛存在。同时，从31,478株完整细菌基因组中发现了199株细菌基因组含有 pptA 基因，其中79.3%位于预测的前噬菌体区域内，另有12%位于可移动遗传元件上。这表明不同于已报道的细菌Dnd、Ssp和Tdp系统， pptA 基因是由噬菌体独立进化出来的新型磷硫酰化修饰系统。通过整合该 pptA 基因元件，联合研究团队成功将原本对Ssp防御系统敏感的λ噬菌体改造为能够逃逸Ssp防御系统的工程化抗性噬菌体，为未来在噬菌体治疗中的应用提供了可行的范例。

图1. 噬菌体编码磷硫酰化系统修饰自身基因组从而逃逸细菌的Ssp防御系统

综上，该研究揭示了噬菌体通过编码自身的新型磷硫酰化修饰系统，对其基因组进行修饰，以彼之道还施彼身从而“蒙蔽”宿主防御系统，实现对Ssp防御系统逃逸的全新拮抗策略。 该研究还拓展了磷硫酰化修饰系统类型多样性的认识，证明磷硫酰化修饰系统除细菌古菌中以外还存在于噬菌体中。深化了对噬菌体拮抗细菌防御系统的理解，增强了对微生物之间相互作用及协同进化的认识。同时，为未来噬菌体疗法的开发提供了新的功能元件与理论框架。

王逸飞博士为本文第一作者，王连荣教授和陈实教授为共同通讯作者。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41564-026-02387-3

免费全文链接：https://rdcu.be/fwDiF

制版人： 十一

参考文献

（#并列第一作者 *通讯作者）

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