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志贺氏菌病毒 Sf14 感染人类病原体福氏志贺菌，此前对其结构了解有限。研究人员测定 Sf14 衣壳、颈部、尾部和基板结构，发现其有两种装饰蛋白和两种长尾纤维。该研究为探究噬菌体结构 - 功能关系及多样性提供依据。
在神秘的微生物世界里，噬菌体（bacteriophages，phages）作为细菌的 “天敌”，数量庞大且种类繁多。它们在地球上无处不在，估计任何时刻都有 10
31个粒子存在。然而，尽管噬菌体的数量如此惊人，但我们对它们的了解却十分有限。过去，研究人员通过宏基因组学和噬菌体搜寻工作不断发现新的噬菌体基因型，可这也仅仅让我们知道了噬菌体的分布和基因组编码信息。想要深入了解噬菌体的具体特征，难度极大。
从形态学角度对噬菌体进行分类是一种常见方法，多数噬菌体利用二十面体衣壳保护基因组，根据衣壳对称性（用三角剖分 T 值表示）又可进一步细分。此前，多数研究集中在 T = 7 或 T = 13 对称性的噬菌体上，而 T = 9 对称性的噬菌体相对较少被研究。而且，对于噬菌体装饰蛋白（decoration proteins）的功能和组织方式，科学家们也没有完全弄清楚。这些装饰蛋白在噬菌体中起着怎样的作用？它们的结构又有哪些奥秘？这些问题都亟待解决。为了揭开这些谜团，来自美国密歇根州立大学（Michigan State University）和佛罗里达大学（University of Florida）的研究人员展开了一项关于志贺氏菌病毒 Sf14 的深入研究。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解噬菌体的结构与功能打开了新的大门。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本处理方面，使用志贺氏菌福氏菌株 CFS100 培养噬菌体 Sf14 ，并对其进行纯化。在结构解析上，主要运用了冷冻电镜（Cryo - EM）技术，结合 Patch Motion correction、CTF estimation 等一系列数据处理手段，获取了 Sf14 不同部位的高分辨率结构。同时，利用 AlphaFold 预测蛋白质结构，通过 BLAST、psiBLAST 和 DALI 等工具进行蛋白质序列和结构的比对分析。
1. Sf14 病毒粒子和衣壳的结构特征
研究人员发现，Sf14 病毒粒子拥有直径约 820? 的球形二十面体衣壳，连接着一条长约 1205? 的收缩性长尾。其衣壳具有 T = 9 对称性，独特的是，衣壳上存在两种装饰蛋白：gp33 和 gp20。gp33 形成三聚体晶格覆盖整个衣壳，其结构类似 β - 郁金香基序；gp20 则以单体形式结合在准三重轴对称的六聚体中心，与 T4 噬菌体的 Hoc 蛋白相似，可能参与环境感知或粒子聚集。通过高分辨率结构解析，还明确了衣壳蛋白 gp34 的结构特征，它具有传统的 HK97 折叠，但与 HK97 主要衣壳蛋白存在差异。
2. Sf14 颈部含有十二聚体门户蛋白复合物和两组须状物
Sf14 颈部结构复杂，包含一个十二聚体门户蛋白复合物以及两组方向相反的须状物。须状物由 gp30 和 gp31 组成，通过适配器蛋白 gp37 与颈部相连。门户蛋白在噬菌体组装和 DNA 包装过程中发挥着关键作用，Sf14 的门户蛋白在结构上与 HK97 和农杆菌噬菌体 Milano 最为相似。
3. 两组尾纤维收缩在尾部，连接到简单的 Mu 样基板
Sf14 有两组尾纤维，分别由 gp52 和 gp53 编码。这两组尾纤维在收缩状态下缠绕在尾部，与噬菌体 Mu 的尾纤维结构相似，但 gp53 比 Mu 的尾纤维更长。Sf14 的基板为简单的 Mu 样结构，由多个亚基组成，尾纤维与基板的结合方式较为复杂，目前部分机制仍不明确。此外，尾针 gp47 的结构也被解析，其具有铁结合区域，可能在膜穿透过程中发挥作用。
研究结论表明，Sf14 噬菌体的结构十分独特，结合了多种不同噬菌体的结构特征，如 λ 和 T4 样的装饰蛋白、HK97 样的衣壳和门户蛋白、T4/Mu 样的尾纤维、Mu 样的基板以及 P2 样的尾针。这种独特的结构可能是水平基因转移的结果，不过其进化过程和生物学意义还需要进一步研究。该研究不仅丰富了我们对噬菌体结构多样性的认识，也为后续探究噬菌体的结构 - 功能关系奠定了重要基础，有助于我们更好地理解噬菌体在生态系统中的作用，以及它们与宿主细菌之间的相互关系，为开发基于噬菌体的抗菌策略提供了理论依据。
