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为解决噬菌体用于植物病原菌生物防治时存在的问题，如缺乏结构信息等，研究人员开展了对感染植物病原菌 Pectobacterium atrosepticum 的噬菌体 φTE 的结构研究。结果揭示了其独特的结构特征，这为理解噬菌体与宿主相互作用及设计生物防治剂提供了依据。
在微生物的世界里，噬菌体（bacteriophage）就像一群神秘的 “微型杀手” ，它们专门攻击细菌，在维持生态平衡、推动细菌进化等方面发挥着重要作用。在农业领域，细菌引起的植物疾病是一大难题，像 Pectobacterium atrosepticum（一种植物病原菌）能导致土豆软腐病和黑胫病，造成巨大的经济损失。传统的药物治疗面临着诸多挑战，比如细菌耐药性问题日益严重。而噬菌体因其特异性强、效果好等特点，成为了极具潜力的替代治疗手段。然而，要充分发挥噬菌体的作用，了解它们的结构至关重要。但目前关于感染植物病原菌的噬菌体结构信息却非常有限，这就像在黑暗中摸索，极大地限制了噬菌体在农业生物防治中的应用。
为了打破这一困境，来自新西兰奥塔哥大学（University of Otago）、日本冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）等机构的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在噬菌体 φTE 上，通过一系列研究，成功揭示了噬菌体 φTE 的原子结构，这一成果发表在《Nature Communications》上，为噬菌体研究领域带来了新的曙光。
研究人员主要采用了冷冻电镜（cryo-EM）技术，通过对大量噬菌体样本进行处理和观察，获得了噬菌体 φTE 的高分辨率结构信息。同时，结合质谱分析、AlphaFold 预测等技术，对噬菌体的蛋白质组成和结构进行了详细解析。
研究结果：
- 噬菌体 φTE 的衣壳结构：利用冷冻电镜，研究人员以 3.6 ? 的分辨率重建了成熟 φTE 病毒粒子的衣壳。发现其衣壳直径约 1050 ?（顶点到顶点），每个不对称单元（ASU）包含 13 个主要衣壳蛋白（MCP）、13 个次要衣壳蛋白（DEC）等。与其他 T=13 噬菌体相比，φTE 衣壳半径大 8% 左右 ，这使得其表面面积增加约 15%，体积增加约 27%，但 MCP 质量和物理大小相似，推测是由于平面 A 蛋白结构域堆积增加了六聚体直径。
- 噬菌体 φTE 的尾部结构：φTE 的尾部由螺旋管和外部收缩鞘组成。内部刚性管由管蛋白亚基形成，具有特定的电荷分布和结构特征，有助于 DNA 传导。外部收缩鞘呈现两种构象，收缩时鞘亚基发生多轴旋转和径向位移，导致螺旋参数改变，接触表面积增加，结合界面更强。收缩主要由 S4 链的旋转介导，尾端终止蛋白（TT）在近端鞘环中对维持四链 β - 折叠片起到重要作用。
- 噬菌体 φTE 的连接子结构：连接子由多种蛋白质组成，包括门户蛋白环、适配器蛋白环等。适配器蛋白与门户蛋白形成独特的 “花束基序”，增强了连接子的稳定性。头部完成蛋白（HC）具有带正电的区域和狭窄的孔径，可能有助于在头尾连接前限制 DNA。研究还观察到卷尺蛋白（TMP）在连接子区域呈现六链结构，其 N 端可能形成松散的螺旋束。
- 噬菌体 φTE 的基板结构：基板由九个结构不同的蛋白质组成，通过复合重建进行建模。其核心组件包括中央枢纽、六个楔形原聚体和纤维网络。楔形复合物包含多个蛋白链，形成特定的结构单元。内部枢纽由多种蛋白构成，TMP 的 C 端片段与枢纽和穿刺装置（PA）相互作用。短尾纤维（STF）和长尾纤维（LTF）具有特定的结构和相互作用方式，可能在宿主识别和信号转导中发挥重要作用。
研究结论和讨论：
噬菌体 φTE 的研究成果意义重大。其衣壳结构的独特性表明，HK97 折叠在进化过程中具有可塑性，可通过多种机制调整衣壳体积以适应基因组包装需求。尾部结构中，四链 β - 折叠片的维持以及 TT 的特殊作用，为理解噬菌体收缩机制提供了新视角。连接子在 DNA 进出过程中的作用以及 TMP 的不同寡聚状态，暗示了其在噬菌体组装和感染过程中的复杂功能。基板结构和纤维网络的研究，揭示了噬菌体识别宿主和触发感染的可能机制。这些发现为深入理解噬菌体与宿主的相互作用提供了坚实的结构基础，有助于开发更有效的生物防治剂，对抗由 Pectobacterium atrosepticum 引起的植物疾病，对农业生产具有重要的指导意义。同时，也为噬菌体工程的进一步发展提供了关键信息，推动了该领域的研究进程。
