研究团队证明杀菌病毒利用遗传密码切换欺骗宿主

美国能源部橡树岭国家实验室的科学家已经证实，被称为噬菌体的杀菌病毒在针对宿主时会采取一种偷偷摸摸的策略：它们在入侵细菌时使用标准的遗传密码，然后在感染的后期切换到替代密码。

他们的研究提供了有关噬菌体生命周期的重要信息。这可能是开发新技术的关键一步，例如针对人类病原体的疗法或控制从植物生产到碳封存等应用中噬菌体 - 细菌相互作用的方法。

自1990年代中期以来，科学家一直预测一些生物可能会使用替代遗传密码，但这一过程从未在噬菌体中通过实验观察到。ORNL研究人员使用人类粪便样本中未培养的噬菌体和实验室的高性能质谱法获得了该理论的首次实验验证，以揭示噬菌体蛋白如何在宿主生物体中表达的复杂性。这项工作详见《自然通讯》。

“噬菌体可能是生态系统变化的主要驱动力，”ORNL生物科学部门的博士后研究员Samantha Peters说，他帮助设计和进行了实验。已知噬菌体会颠覆各种环境系统中的细菌生命，每天多达20%的细菌。但她说，人们对它们在人类肠道微生物组或土壤等环境中的作用知之甚少。

科学家们证实，噬菌体将通常停止蛋白质生产的基因组编码信号转化为完全表达不同的氨基酸，一种支持噬菌体复制的氨基酸。该代码开关允许噬菌体接管细菌的生物过程。

“这些噬菌体在感染细菌时早期使用标准的遗传密码，与细菌宿主兼容，”彼得斯说。“一旦噬菌体被整合到宿主中，它们就会劫持机器并开始泵出噬菌体蛋白。到感染晚期，宿主细菌无法停止产生噬菌体并死亡。

“当噬菌体入侵，遇到细菌宿主的防御，然后切换编码时，这有点像猫捉老鼠的过程，”领导ORNL工作并领导实验室生物分析质谱组的Robert Hettich说。通过使用复杂的分析技术来测量和检查社区中的蛋白质功能，ORNL发现了100多种不同的肽或遗传构建块，表达了代码转换策略。

Hettich说，认识到这种对替代遗传密码的变化有助于确保科学家对噬菌体蛋白质结构和功能的假设是正确的。否则，可能无法准确鉴定噬菌体。

了解噬菌体遗传密码可以深入了解它入侵细菌并变得沉默与决定成为捕食者之间的过渡。“替代编码可能提供有关该开关如何在噬菌体中翻转的关键信息，”Hettich说。

这些发现还提出了一个问题，即科学家是否能够使用替代编码来实现基因工程的预期结果。“你能利用这种与合成生物学的替代编码来构建一种不同的蛋白质吗?这些信息表明了这种能力，“Hettich说。

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