新型大肠杆菌巨型噬菌体 Sharanji 的发现：开启噬菌体研究新视野

研究人员为探究巨型噬菌体，分离鉴定 Sharanji，发现其独特性质，为噬菌体研究提供新模型。

　　在微生物的奇妙世界里，噬菌体（bacteriophage）作为细菌的 “天敌”，一直吸引着科学家们的目光。巨型噬菌体（Jumbo phages），因其拥有大于 200kb（甚至有研究认为大于 180kb 即可）的超大基因组，更是其中的 “神秘巨兽”。然而，目前我们对噬菌体生物学的了解大多来自少数几种模式噬菌体的研究。巨型噬菌体由于其分离难度大，研究相对较少。尽管它们在生物技术应用（如治疗多重耐药病原体、废水处理等）和基础噬菌体生物学研究中意义重大，但因其分离困难（如大的衣壳尺寸导致难以通过 0.22-μm 滤器、宿主偏好性、形成的噬菌斑过小易被忽略等），很多巨型噬菌体尚未被分离和深入研究。

为了填补这一研究空白，来自印度 SRM 大学 - AP 分校（SRM University – AP）生物科学系的研究人员展开了深入研究。他们成功分离并鉴定了一种新型大肠杆菌巨型噬菌体 Sharanji，相关研究成果发表在《Virology Journal》上。这一发现为噬菌体研究领域带来了新的曙光，有望帮助我们更好地理解噬菌体与细菌之间的相互作用，以及探索巨型噬菌体独特的生物学特性。

研究人员在本次研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过改进的滤膜捕获法从鸡粪样本中分离噬菌体，这种方法有助于富集巨型噬菌体。接着，利用透射电子显微镜（TEM）对噬菌体进行形态学观察；提取噬菌体 DNA 并进行全基因组测序，借助多种生物信息学工具进行基因组注释和比较基因组分析；采用双层琼脂平板法进行宿主范围测定、pH 稳定性分析和热稳定性分析；通过一步生长曲线实验研究噬菌体的生长动力学；运用荧光显微镜观察噬菌体感染过程中的细胞形态变化。

研究结果如下：

1. 噬菌体的分离、形态学和基因组测序：从鸡粪中分离出两种噬菌体，Sharanji 和 PCM001，其中 Sharanji 为巨型噬菌体，平均粒径 247.2nm，PCM001 为非巨型噬菌体。Sharanji 基因组大小为 350,079bp，呈线性双链 DNA，平均 GC 含量 34.1%，低于宿主大肠杆菌的 50.8%，且包含 20,668bp 的直接末端重复序列（DTR）。
2. Sharanji 的基因组特征：Sharanji 基因组包含 593 个蛋白编码开放阅读框（ORF）和 7 个 tRNA。通过多种方法预测了部分蛋白的功能，涉及 DNA 复制、修复、转录、翻译、基因组保护、结构蛋白和裂解蛋白等多个方面。例如，它编码多种参与 DNA 复制的聚合酶和相关蛋白，还有可能参与 DNA 保护的甲基转移酶等。经分析，Sharanji 属于裂解性噬菌体。
3. Sharanji 的系统发育和比较基因组分析：通过 taxmyPHAGE 工具分析，Sharanji 被归类为 Asteriusvirus 属和 Caudoviricetes 纲的新物种，与大肠杆菌噬菌体 121Q 和 PBECO4 密切相关。泛基因组分析显示，Sharanji 与这两种噬菌体有大量核心基因，同时也有独特基因，且基因组排列存在差异。
4. Sharanji 的表型特征：Sharanji 是窄谱噬菌体，仅感染大肠杆菌 K12 菌株。在 pH 7.4 时稳定性较好，4 - 50°C 温度范围内稳定，60°C 时稳定性显著下降。其潜伏期为 60min，爆发量约为每个感染细胞 96 个病毒粒子。
5. 通过荧光显微镜对 Sharanji 感染进行细胞学分析：与形成噬菌体细胞核的 Goslar 噬菌体不同，Sharanji 感染细胞未形成局部复制区室，而是出现细胞丝状化和裂解前细胞膨出现象。

研究结论与讨论部分指出，Sharanji 的分离和鉴定为研究噬菌体 - 细菌相互作用提供了独特模型，尤其是针对非形成噬菌体细胞核的巨型噬菌体。其在多种温度和 pH 条件下的稳定性，有利于在农业、临床等领域的应用。尽管 Sharanji 宿主范围窄，但对其宿主受体的研究可能揭示其感染特异性的原因。此外，Sharanji 感染过程中的细胞丝状化和膨出现象，暗示其可能编码新型细胞分裂抑制因子和细胞包膜破坏因子，这为生物技术应用提供了潜在方向。对 Sharanji 及相关巨型噬菌体的进一步研究，有望揭示更多关于细胞内组织、基因组复制、保护机制和无核巨型噬菌体进化的奥秘，为病毒学和微生物生态学领域带来新的突破，推动我们对巨型病毒的全面理解。