PNAS | 揭示宿主噬菌体靶向CPR超微细菌，打通微生态“外共生”新型调控维度

在复杂的人体微生物组中，不同菌群之间的共生与博弈一直是微生物学研究的前沿热点。候选门级辐射类群（Candidate Phyla Radiation, CPR）是一类基因组高度退化、需寄生或外共生于其他宿主细菌表面的超微细菌，其独特的生态调控机制至今仍充满谜团。

近日，来自ADA Forsyth研究所的XuesongHe团队与石溪大学Pu-Ting Dong课题组合作，在国际期刊PNAS上发表了题为A host-encoded prophage targets a Candidate Phyla Radiation bacterium and shapesepisymbioticinteractions的研究论文。该研究发现宿主细菌龋齿沙尔氏菌（Schaalia odontolytica）基因组中所整合的前噬菌体被激活后，能够特异性感染其表面的外共生糖杆菌TM7x，揭示了“宿主细菌-前噬菌体-外共生超微细菌”三者之间极为精密的调控网络，为理解人体微生物组的种间互作与协同演化提供了全新的视角。

寄生与依赖：超微细菌TM7x的神秘“外共生”

糖杆菌门（Saccharibacteria）隶属于候选门级辐射类群（CPR），是一类广泛存在于自然界及人体微生物组中的超微细菌。由于基因组高度缩小、缺乏许多维持独立生存所必需的代谢途径，糖杆菌必须紧密附着在宿主细菌的细胞表面，以“外共生体”（episymbiont）的形式获取营养并维持生存。

TM7x是成功被人工培养的人类口腔糖杆菌，由ADA Forsyth研究所的何雪松教授及其团队分离并鉴定，这为研究此类特殊生物建立了关键模型。尽管糖杆菌在口腔健康及牙周炎等疾病的发生发展中扮演着重要角色，但科学界对这类“寄生者”如何与宿主维持长期动态平衡的底层机制依然所知甚少。

打破两方博弈：前噬菌体Xhp1的跨界调控

在这项最新研究中，研究团队发现了一种意想不到的“第三方介入”——病毒调控机制。

噬菌体是感染细菌的病毒，其中许多噬菌体可以将其基因整合到宿主细菌基因组中，以休眠的“前噬菌体”（prophage）形式存在，直到受到特定环境或生理信号刺激时才会被激活。研究团队在TM7x的宿主细菌——龋齿沙尔氏菌（Schaalia odontolytica）的基因组中，鉴定出了一款名为Xhp1的前噬菌体。

实验表明，在特定信号刺激下，齿垢夏氏菌基因组中的Xhp1会被激活并释放。出人意料的是，释放出的Xhp1能够特异性感染附着在宿主表面的外共生糖杆菌TM7x。这种感染打破了宿主与TM7x之间原有的微妙平衡，展现出一种前所未知的种间调控模式。

论文第一作者Ajay Kumar博士表示：“我们发现宿主细菌携带的前噬菌体能够被激活并进而感染其共生的糖杆菌。这一发现证明CPR细菌同样深度参与了噬菌体-宿主感染网络，为研究糖杆菌的生物学特性与生态学机制开辟了全新的领域。”

三方协同演化：重塑微生态关系的复杂网络

这一发现打破了过去人们将外共生关系简单理解为“宿主-寄生者”双边互作的传统认知。

论文资深通讯作者Xuesong He教授指出：“当TM7x附着在宿主细胞表面时，会诱发宿主发生深刻的生理变化；而我们现在的研究表明，这种相互作用反过来又能激活靶向糖杆菌自身的前噬菌体。这为我们探索多年、深深着迷的共生关系增添了全新的维度与复杂性。”

论文共同通讯作者、近期在石溪大学建立独立课题组的Pu-Ting Dong博士补充道：“糖杆菌总是能给我们带来惊喜。发现宿主编码的前噬菌体可以直接感染并调控外共生细菌，证明这种种间相互作用远比我们以往想象的更为精密。我们希望这项工作能启发更多研究，去深入挖掘噬菌体在塑造微生物生态与演化中的关键角色。”

从演化生物学的角度来看，宿主、外共生体与噬菌体三者之间的关系绝非简单的“一益一损”。研究人员强调，这种多层级的生物学调控可能在长期共演化过程中扮演了极其重要的角色。通过在分子与群落层面解析各个组成要素的互作机制，科学家们将能更全面地揭示糖杆菌以及整个口腔微生物组对人体健康与疾病的深远影响。

该研究确立了探索病毒对CPR细菌影响的新框架，也为未来深入研究噬菌体在整个人体微生物组共生关系中的作用奠定了基础。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2615890123

制版人：十一

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