摘要：尽管对细菌病毒（噬菌体）的兴趣日益增长，但关于噬菌体在细胞内的发育及其对细菌生理影响的见解仍然很少。在这里，我们研究了巨大噬菌体vB_YecM_φR1-37（φR1-37）及其宿主——引起肠胃炎的细菌小肠结肠炎耶尔森菌——在裂解感染期间的全局转录组。RNA测序显示，φR1-37的基因表达并不遵循其他裂解性噬菌体中观察到的典型模式，因为只有部分基因可以被归类为典型的早期、中期或晚期基因。大多数基因在整个感染过程中似乎是组成型表达的。此外，我们的研究表明转录主要发生在正链，而负链仅编码表达水平低到中等的基因。有趣的是，我们还检测到了反义RNA的存在，以及一种非编码的基因内RNA。噬菌体感染细胞中的基因表达特点是宿主转录本被噬菌体转录本广泛取代。然而，感染后期的宿主反应也表现为几种已知参与应激反应和膜稳定性的特定细菌基因产物的上调，包括Cpx途径调节因子、ATP结合盒（ABC）转运蛋白、噬菌体休克蛋白和冷休克蛋白。
1. 引言
像所有病毒一样，噬菌体严重依赖宿主代谢，并且必须协同利用宿主过程来完成一次生产性感染。因此，噬菌体感染过程是病毒与细菌宿主之间复杂的斗争。裂解性感染过程涉及一系列程序性步骤：吸附到易感细菌细胞、注射病毒基因组、从宿主代谢转向噬菌体主导的代谢、病毒基因组的复制、形态发生、病毒颗粒的包装以及最后宿主细胞的裂解。然而，目前对噬菌体-宿主相互作用的认识主要基于少数大肠杆菌噬菌体，而对噬菌体在不同宿主中感染过程的了解仍然有限。
虽然已鉴定出许多感染耶尔森菌属成员的噬菌体，但只有少数被详细表征。最近对噬菌体兴趣的激增源于这样一种前景：了解噬菌体-宿主相互作用以及驱动它们的小型早期噬菌体蛋白，可以导致新型抗菌剂的开发。实际上，经过适当表征的活性噬菌体可以直接用于噬菌体治疗。此外，在噬菌体基因中，可以鉴定出新的潜在抗菌剂。
噬菌体φR1-37是从污水中分离出来的，因其能够感染菌株YeO3-R1而被选中，该菌株是小肠结肠炎耶尔森菌血清型O:3的自发突变体，其脂多糖（LPS）中缺乏O抗原。φR1-37的宿主范围以及遗传和结构数据表明，LPS外核心（OC）六糖是噬菌体的受体。后来，研究表明φR1-37可以识别多种表面受体，这拓宽了其宿主范围，使噬菌体能够感染不同血清型的小肠结肠炎耶尔森菌，包括O:3、O:5,27、O:9和O:50，以及耶尔森菌相似菌O:9。φR1-37具有裂解性生活周期，隐蔽期和潜伏期分别为40分钟和50分钟。每个感染细胞的裂解量估计约为80个噬斑形成单位（PFU）。
φR1-37的结构分析表明，它是一种属于肌病毒科的大型有尾病毒。噬菌体颗粒具有一个直径为138纳米的二十面体头部、一个15纳米的短颈、一个383纳米长的可收缩尾部以及长约75纳米的尾丝。其基因组大小为262,391 bp，包含367个蛋白质编码基因和5个tRNA编码基因。在所编码的蛋白质中，只有140个蛋白质通过已知蛋白质的相似性或因其被检测为结构衣壳蛋白而被推定具有功能。此外，φR1-37基因组由胸苷完全被脱氧尿苷取代的DNA组成。
然而，少数与推测参与核苷酸代谢的蛋白质相似的噬菌体编码基因产物，并未能解释φR1-37用来将宿主核苷酸代谢从使用胸苷重定向到使用脱氧尿苷的策略。φR1-37与铜绿假单胞菌噬菌体φKZ有几个相似之处，如基因组大小、衣壳粒排列以及I型和II型表面突起。对φKZ转录模式的研究揭示了早期、中期和晚期基因的存在，这些基因完全由噬菌体编码的RNA聚合酶（RNAP）转录。此外，转录组学研究表明，φKZ转录本随时间积累，但值得注意的是，在感染过程中只有一个细菌操纵子显著上调。
在这项研究中，我们使用RNA测序来阐明φR1-37的基因表达模式，并评估噬菌体在单次感染事件中对宿主转录的全局影响。在裂解感染周期的不同时间点获得的噬菌体和宿主转录组使我们能够深入了解感染过程中的基因表达模式、转录接管以及φR1-37噬菌体在其小肠结肠炎耶尔森菌宿主中引发的细菌反应。
2. 材料与方法
2.1. 细菌菌株、噬菌体扩增和生长条件
噬菌体φR1-37按照先前描述的方法，在小肠结肠炎耶尔森菌O:3菌株YeO3-R1中扩增。小肠结肠炎耶尔森菌在溶菌肉汤（LB）中室温培养。Luria琼脂（LA）平板用于所有固体培养，通过向LB中添加1.5%的Bacto琼脂制备。
2.2. 生长曲线
将过夜（16小时）细菌培养物用新鲜LB培养基以1:10稀释，并将180μL等分试样分配到Honeycomb板孔中，然后与20μL等分的φR1-37噬菌体原液（1 x 10¹⁰ PFU/mL）的10⁻²至10⁻⁶稀释液混合。因此，大约的感染复数（MOI）范围为10⁻¹至10⁻⁵。在阳性对照培养物中，噬菌体被20μL培养基取代，阴性对照通过将20μL噬菌体原液与180μL培养基混合制备。生长实验在4°C、16°C、22°C和37°C下使用Bioscreen C全自动生长曲线分析仪培养箱进行，连续振荡。在选定时间间隔测量光密度（OD）OD600值。平均值根据细菌在八个平行孔中生长的值计算得出。