宿主编码的DNA甲基转移酶重塑噬菌体表观基因组并决定其宿主趋向性

本研究针对噬菌体如何通过表观遗传修饰适应宿主防御机制这一科学问题，通过建立多阶段感染系统，首次直接比较了幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）与其噬菌体KHP30T的甲基化组。研究发现噬菌体通过获取宿主DNA甲基转移酶（MTases）的甲基化修饰，形成"表观防护衣"以逃逸限制修饰（RM）系统，显著提高对最后感染宿主的侵染效率。该成果发表于《iScience》，为理解微生物表观互作机制及噬菌体疗法设计提供了新思路。

　　

在微生物世界的军备竞赛中，噬菌体与宿主细菌的攻防战从未停歇。限制修饰（RM）系统作为细菌抵御外源DNA的核心武器，通过甲基转移酶（MTases）标记自身DNA，同时用限制性内切酶（REases）切割未甲基化的噬菌体DNA。然而某些狡猾的噬菌体却能突破这道防线——它们被推测会"窃取"宿主的甲基化标记，但这一过程始终缺乏直接证据。更令人困惑的是，噬菌体如何动态调整其表观基因组以适应不同宿主，以及这种表观重塑如何影响其宿主范围，成为微生物生态学和噬菌体治疗领域亟待破解的谜题。

来自高知大学的研究团队选择幽门螺杆菌（H. pylori）及其噬菌体KHP30T作为模型，通过精巧的多阶段感染实验设计，首次揭示了噬菌体表观基因组重塑的动态图谱。研究发现，经过宿主适应的噬菌体会选择性获取宿主特异性DNA甲基化模式，这种"表观印记"不仅帮助噬菌体逃逸宿主的RM系统，还会显著改变其宿主趋向性。这项突破性成果发表于《iScience》杂志，为理解微生物表观互作提供了直接证据，也为精准设计噬菌体疗法开辟了新途径。

研究采用单分子实时（SMRT）测序技术解析甲基化组，通过多阶段感染系统培育具有不同感染史的噬菌体变体，结合噬菌斑测定法量化感染效率。利用PacBio Sequel平台完成基因组组装和表观标记检测，并通过REBASE数据库预测限制修饰系统组分。

噬菌体适应实验揭示宿主趋向性转变
通过四阶段连续感染幽门螺杆菌三株菌（26695、3401T和HPK5），研究获得9种具有不同感染历史的KHP30T噬菌体变体。滴定实验显示，所有适应噬菌体对最后感染宿主均表现出显著更高的感染效价（如K2对26695达9.2 log₁₀ PFU/mL），而对先前适应宿主的效价降低2-3个数量级。大规模培养后的噬菌体仍保持这种趋向性，排除了传代变异的影响。

甲基化组分析揭示表观遗传"印记"
SMRT测序显示宿主与噬菌体共享甲基化motif。例如K2H噬菌体与HPK5宿主共享19个motif中的17个，包括m6A型GATC和m4C型CATG。但部分宿主高甲基化motif（如H. pylori 26695的ATTAAT）在对应噬菌体中几乎未甲基化，这可能与相变调控的RM系统有关。

相变RM系统创造表观异质性
在HPK5菌株中发现G9重复序列调控的M.Hpy300X样III型RM系统，其相变可能导致群体中MTases活性差异。类似地，3401T菌株中C19/C18重复序列调控的HpyAXVI样II型系统，通过阅读框移动改变REase特异性。这种表观异质性可能解释为何某些宿主甲基化motif未完全转移到噬菌体。

讨论与意义
该研究首次证实噬菌体通过获取宿主MTases的甲基化修饰来逃逸RM系统，这种表观适应具有"宿主记忆"特性——噬菌体对最后感染宿主保持最高侵染效率。发现对微生物生态学具有三重启示：（1）表观修饰是噬菌体-宿主军备竞赛的新战场；（2）相变RM系统为细菌群体提供抗噬菌体异质性；（3）甲基化模式差异驱动微生物种群分化。在应用层面，研究建议设计包含不同表观印记噬菌体的鸡尾酒疗法，以克服宿主RM系统多样性。未来需结合单细胞技术阐明相变RM系统与噬菌体逃逸的时空动态，并改进表观检测算法以解析混合甲基化状态。

这项研究不仅破解了噬菌体表观适应的分子谜题，更为应对抗生素耐药危机提供了新思路。就像特洛伊木马披上敌军的铠甲，噬菌体通过表观伪装突破宿主防线的策略，启示我们可设计"表观工程化"噬菌体来精准打击耐药菌。随着对微生物表观互作认知的深入，这种基于"以毒攻毒"的精准医疗策略，或将成为对抗超级细菌的新武器。