3、讨论


在抗生素广泛使用的今天,细菌耐药性已然成为21世纪人类健康最大的威胁之一。而噬菌体在替代抗生素进行细菌性疾病的治疗方面有很大的应用潜力。目前文献报道的噬菌体大部分属于有尾噬菌体目,其最大特点就是有与宿主识别和核酸注射有关的尾部。而有尾噬菌体目包括短尾噬菌体科(Podoviridae)、肌尾噬菌体科(Myohoviridae)和长尾噬菌体科。Lin等和张建城的研究中所分离得到的溶藻弧菌噬菌体属于短尾噬菌体科;付汉清等和欧阳敏等分离得到的溶藻弧菌噬菌体属于肌尾噬菌体科;本研究分离得到的溶藻弧菌噬菌体φV039C在分类上应属于长尾噬菌体科,其拥有长且灵活的尾部。溶藻弧菌的噬菌体尾部形态多样,对噬菌体的吸附与侵染具有重要作用,同时也是分类上非常重要的判断依据。


噬菌体φV039C的基因组与数据库中已知的基因组相似区覆盖率较低,是一株完全新型的噬菌体。在φV039C的基因组注释出的74个ORF中,有20个是已知功能的ORF(占比27%),其余为未知功能的假想蛋白。而据于浩、沈婵娟、江莉莎等、韦德源等的报道,其研究对象——根瘤菌、嗜水气单胞菌、分歧杆菌、大肠杆菌的噬菌体基因组中已知功能的ORF占比分别为18%、25%、34%、44%,这说明大部分噬菌体还存在许多未知功能的基因。


大多数烈性噬菌体的遗传物质中都有与编码复制相关的酶的区域。同样,噬菌体φV039C已知功能ORF中也有多个与DNA复制调控、核酸代谢有关的ORF(ORF1、ORF49、ORF57、ORF58、ORF65等),这些蛋白帮助其遗传物质进入宿主细胞后利用宿主的酶系统进行自身遗传物质的复制和蛋白的表达。其中,ORF49(交叉连接内脱氧核糖核酸酶)能够水解宿主细胞内的脱氧核糖核酸,以便为噬菌体合成DNA提供脱氧核糖核苷酸。


噬菌体的基因组有多种类型,分别为ssDNA、dsDNA、ssRNA、dsRNA。本研究中噬菌体φV039C基因组类型属于dsDNA,而dsDNA噬菌体组装的重要步骤就是将DNA紧紧包裹在衣壳中。这一过程需要大亚基终止酶、小亚基终止酶和通道蛋白组合成一个“DNA包装机”来协助完成。另外,通道蛋白还能够帮助噬菌体在自身衣壳中形成通道,使其能够更好地将自己的基因组注射到宿主细胞中。噬菌体φV039C的ORF19和ORF25分别编码大亚基终止酶和通道蛋白,但是未发现编码小亚基终止酶的ORF。


噬菌体可用于分类的形态特征太少,同源基因也不多。裂解酶是噬菌体中比较常见的一类基因,在分类上具有重要的价值。裂解酶根据作用方式可以分为三种,分别是溶菌酶、酰胺酶和内肽酶。高明明等分离到的肺炎克雷伯菌噬菌体的裂解系统仅有一个相关基因ORF48(细胞内溶素),属于溶菌酶。溶菌酶是常见的裂解酶,其作用方式是作用于细菌细胞壁上的肽聚糖,增加其溶解性,使细胞由内部破裂,释放子代噬菌体。本研究中噬菌体φV039C的裂解系统也仅有一个相关基因,即ORF6(N-乙酰壁氨酰-L-丙氨酸酰胺酶),属于酰胺酶,其作用方式是水解细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和L-丙氨酸之间的酰胺键,从而使宿主细胞破裂,释放子代噬菌体。此外,噬菌体因其宿主特异性较高,在实际应用中有较大的限制,而裂解酶的宿主特异性较小,因此越来越多的学者开始专注于噬菌体裂解酶的研究及裂解酶的克隆表达。


噬菌体φV039C的结构蛋白中,ORF28和ORF29分别编码次要衣壳蛋白和主要衣壳蛋白。衣壳蛋白作为噬菌体的外壳,能够紧紧地包裹住噬菌体的遗传物质。因其编码序列具有高度的保守性,所以也常用于噬菌体的分类。ORF39(尾部装配配子)和ORF40(卷尺测量蛋白)与尾部的装配以及部分功能有关,卷尺测量蛋白能够在噬菌体尾部伸缩时控制尾部的长度。


虽然噬菌体在自然界丰度极高(据估计超过1031个),但是目前NCBI Genome数据库中仅有9000余条噬菌体完整基因组,且没有对应宿主的基因组信息,因此噬菌体在基因组及其功能注释的研究方面还存在很多未知领域。本文对分离得到的一株新型溶藻弧菌噬菌体φV039C进行生物学特性和全基因组的研究,对探索噬菌体未知领域,以及进一步将噬菌体投入到实际应用提供了重要的理论依据。


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