丝状欺骗性噬菌体会导致细菌和噬菌体种群的适应性降低

噬菌体突变导致铜绿假单胞菌高生产并引发协同进化，假噬菌体通过利用宿主优势引发噬菌体群落的崩溃性损失。

　　

亮点

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突变丝状噬菌体的感染会导致噬菌体产量的增加

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铜绿假单胞菌可以利用突变丝状噬菌体在竞争中胜过野生型细菌

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高产量的噬菌体会促使缺乏衣壳基因的“作弊”迷你噬菌体出现

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这些“作弊”噬菌体会经历快速的繁荣与衰退周期，并影响细菌的进化

总结

许多细菌的染色体中携带噬菌体基因组，这使得细菌和噬菌体的适应性相互关联。大多数铜绿假单胞菌菌株携带称为Pf的丝状噬菌体，这些噬菌体会建立慢性感染，且无需宿主裂解即可传播。然而，Pf抑制基因(pf5r)的自发突变会导致噬菌体产量急剧增加，从而减缓细菌生长并增加细胞死亡，打破了细菌与噬菌体之间的表面平衡。我们在模拟囊性纤维化呼吸道营养环境的培养基中，通过铜绿假单胞菌的进化实验观察到了这一矛盾现象。携带pf5r突变噬菌体的细菌虽然生长密度较低，但能够通过噬菌体超级感染直接淘汰其祖先菌株并使其转变为pf5r突变体。因此，由于Pf噬菌体的“武器化”作用，低适应性在细菌群体中逐渐传播。然而，高水平的细胞内噬菌体复制又引发了另一种进化冲突：缺乏衣壳基因和超级感染排斥基因(pfsE)的“作弊”迷你噬菌体会侵入含有全长噬菌体的细胞群体。尽管同时携带全长噬菌体和迷你噬菌体的细菌可以通过限制Pf受体来部分抵抗超级感染，但这种混合状态极不稳定，最终会导致噬菌体的完全丢失。从噬菌体过度激活到迷你噬菌体入侵再到噬菌体消失的整个过程仅需24小时，充分展示了细菌与其丝状噬菌体之间的快速共同进化。这项研究表明，铜绿假单胞菌以及可能许多其他携带丝状噬菌体的细菌物种都面临着被这些噬菌体利用的风险，这种过程会降低宿主和病毒的适应性。

图形摘要

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