发酵食品中噬菌体多样性、辅助代谢功能及宿主互作研究进展

噬菌体是地球上多样性最高和最丰富的生物实体。近年来,随着高通量测序技术的不断发展,人们对各种生境中噬菌体组成和功能的研究日渐增多,发酵食品中噬菌体组的研究也越来越受到关注。发酵食品中的噬菌体通过裂解循环和溶原循环两个生命周期与细菌宿主之间发生相互作用、扮演重要生态角色,影响微生物群落结构演替。噬菌体也具有潜在辅助代谢功能,并在一定程度上影响发酵食品风味物质形成。本文对发酵食品噬菌体研究现状和热点进行了综述,重点介绍了发酵食品中噬菌体组成及多样性、噬菌体基因组DNA提取方法、辅助代谢功能以及噬菌体与宿主相互作用及机制(如规律间隔成簇短回文重复序列、结合受体),最后对发酵食品领域噬菌体研究未来发展方向作出了展望,以期为噬菌体在发酵食品领域的进一步研究和应用提供参考。

DiffXGPBI:基于差值特征向量和XGBoost的噬菌体细菌互作预测模型

抗生素的滥用导致细菌出现耐药性并严重阻碍了细菌感染治疗的发展,然而噬菌体的出现使得细菌耐药性的肆虐得到了缓解,噬菌体疗法逐步成为治疗细菌感染的重要手段.为了更高效地筛选用于治疗的噬菌体,需要采用比传统湿实验更快捷有效的筛选方法 .传统的计算方法往往以宿主作为预测标签,忽视了两者序列间相互作用的本质.此外,现有的方法通常仅限于种和属的水平,种内预测方法非常少见.由于物种的完整基因组信息往往难以获取,现有数据库中大多数菌株仅包含部分基因组信息.在此背景下,提出一种新的噬菌体-宿主互作预测方法,通过K-means负采样,构建差值特征向量,用于筛选代表性的负样本进行模型训练,最终本研究开发了基于差值特征向量和XGBoost的预测工具DiffXGPBI.实验结果显示,各菌种的平均预测AUC(Area Under the Curve)达到0.92,外部验证集的总体预测AUC和AUPR(Area Under the Precision-Recall curve)达到0.91和0.88,优于其他预测工具.关于特征和模型的消融实验表明,DiffXGPBI的每个模块是必要的,并且的确对预测性能起到提升作用,证实了模型的合理性.此外,基于新的未知PHI(phage host interaction)和种内案例的预测实验,验证了DiffXGPBI的泛化性和种内预测的潜力.综上,本研究提出的特征工程和预测思路提高了互作预测的鲁棒性和稳定性,具有较高的泛化性,为噬菌体治疗的快速筛选提供了新方向和见解.

汉江水体和沉积物中噬菌体特征研究

基于2014年3月和10月汉江中下游6个断面的水体和沉积物监测样品,获得384个高质量vOTUs(viral Operational Taxonomic Units)。研究表明,vOTUs中95%以上隶属Caudovirales(有尾噬菌体目),丰度居前3位的科分别为Myoviridae(肌尾噬菌体科)、Siphoviridae(长尾噬菌体科)和Podoviridae(短尾噬菌体科)。主坐标分析和相似性分析结果表明,沉积物中病毒群落结构相对稳定,而水体中群落易随季节发生变化,同流域的水体和沉积物中群落可能具有连通性。宿主来自2域(界)19门,丰度最高的宿主是Proteobacteria门(变形菌门)。88%的vOTUs具有单一的门水平的宿主,有3个vOTUs跨越5个门。跨域(界)感染的vOTUs在感染古菌界Thermoproteota门的同时,最常见的是感染细菌界的Bacteroidota门(拟杆菌门)。与水体相比,沉积物中宿主的群落组成更加多样。Pearson相关分析表明,噬菌体与其宿主的组成在门水平上一致。

1株宽宿主谱大肠杆菌噬菌体的生物学特性观察

目的 观察 1株自污水中分离的宽宿主谱大肠杆菌噬菌体的生物学特性。方法 采用宿主范围测定、噬菌斑计数、负染色电镜观察、血清中和试验及血清交叉中和试验、一步生长实验等技术观察分离的噬菌体。结果 ①宽宿主谱大肠杆菌噬菌体可裂解五株大肠杆菌 ;②针对不同宿主菌其噬菌斑形态、大小、透明度、边缘界限、中心透明区及晕环均发生相应变化 ;③电镜超微结构显示此噬菌体为直径 2 0～ 40nm的微球形颗粒 ,棱角不明显 ,偶见短尾 ;④噬菌体的抗血清Κ值为 41 5 ,与f2 噬菌体血清学相关度为 0 .3 8;⑤潜伏期为 3 0～ 3 5min ,裂解量为 10 4。结论 分离所得的噬菌体是 1株大肠杆菌宽宿主谱噬菌体 ,为直径 2 0～ 40nm的圆形颗粒 ,其与f2 噬菌体的血清相关度较低 。

宽噬菌谱肠炎沙门氏菌噬菌体的生物学特性

以肠炎沙门氏菌为宿主菌,对从鸡场粪尿污水中分离到的肠炎沙门氏菌噬菌体PSA-6a进行生物学特性鉴定。利用双层平板法分离裂解性噬菌体,并采用噬菌斑形态观察、透射电镜分析、噬菌谱测定、最佳感染复数和一步生长曲线等试验对分离到的噬菌体进行生物学特性鉴定。结果表明该噬菌体在宿主菌ATCC 13076平板上形成的噬菌斑为透亮的空斑,直径为0.5～1.0 mm,边缘清晰,无晕环;它具有宽噬菌谱的特性,不仅可强裂解宿主菌ATCC 13076,还可裂解其他4株沙门氏菌和1株大肠杆菌K88;透射电镜观察显示此噬菌体头部呈圆形,直径约81 nm,有一长尾,尾长约200 nm;一步生长曲线显示PSA-6a潜伏期为60 min,爆发期为50 min,裂解量为22;最佳感染复数为1。

1株宽噬菌谱鸡白痢沙门氏菌噬菌体的分离及生物学特性分析

本研究采用双层琼脂平板法从现代化肉鸡养殖场采集的粪便、污水和垫料样品中分离宽噬菌谱鸡白痢沙门氏菌烈性噬菌体,并通过透射电子显微镜观察、噬菌谱分析、热稳定性、pH稳定性、最佳感染复数及一步生长曲线等对分离纯化的噬菌体进行生物学特性分析。结果显示,试验成功分离纯化出一株鸡白痢沙门氏菌噬菌体,命名STP98-a。该噬菌体噬菌斑直径4~5mm,圆形透明,无晕圈,其头部偏椭圆形,长径约61nm,横径约67nm,尾长约112nm,直径约10nm,属于长尾噬菌体科;能裂解不同血清型鸡白痢沙门氏菌和肠炎沙门氏菌肠亚种,噬菌谱宽;在30~60℃保持高活性;在pH 3.0~12.0稳定;最佳感染复数为0.001;一步生长曲线结果显示,其感染宿主菌潜伏期为5min,裂解期为135min,裂解量为93。综上所述,STP98-a为一株宽噬菌谱鸡白痢沙门氏菌烈性噬菌体,可用于鸡白痢沙门氏菌噬菌体制剂的研发。

噬菌体与宿主细菌的攻防机制

噬菌体是侵袭细菌的病毒,也是病毒中最普遍、分布最广的类群。为了防止噬菌体侵染,细菌进化出多种多样的防御机制;而为了突破这些防御机制,噬菌体也进化得到了相对应的反制策略。本文即综述了这一领域的研究进展,有助于理解噬菌体与宿主细菌的共存共进化机制,合理利用噬菌体。

自然环境中噬菌体与其宿主间的相互作用

自然环境中噬菌体与其宿主间的相互作用靳素英张成刚崔明学（中国科学院沈阳应用生态研究所，１１００１５）ＰｈａｇｅＨｏｓｔＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｉｎＮａｔｕｒａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．ＪｉｎＳｕｙｉｎｇ，ＺｈａｎｇＣｈｅｎｇｇａｎｇ，ＣｕｉＭｉｎ...

宽噬噬菌体治疗实验性小鼠产超广谱β-内酰胺酶大肠埃希菌感染的研究

目的研究自医院污水中分离的宽噬噬菌体,治疗小鼠产超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)大肠埃希菌感染的疗效。方法从医院污水中分离筛选出宽噬噬菌体,建立小鼠全身感染模型,观察宽噬噬菌体治疗小鼠的细菌感染的疗效。结果细菌感染的小鼠立即腹腔注射纯化的Φ9882(MOI≥10-4,multiple of infection,感染复数),小鼠生存率为100%;Φ9882(MOI,200)延迟1 h治疗感染的小鼠仍有60%的生存率;热失活Φ9882治疗感染的小鼠生存率为0。结论通过噬菌体治疗剂量、延迟治疗、热失活、体内分布和免疫反应方面的研究,宽噬噬菌体Φ9882能有效地治疗小鼠产ESBLs大肠埃希菌感染,无不良副作用,从而为进一步应用噬菌体进行临床抗感染治疗奠定基础。

三株链霉菌噬菌体研究

从土壤中分离到三株链霉菌噬菌体HPA1、HPA2、HPA3,对它们的形态学和稳定性进行了研究。在营养琼脂培养基平板上,它们所形成的噬菌斑形状各不相同,噬菌体HPA1所形成的噬菌斑大小中等且透明;HPA2的噬菌斑较大,中间透明边缘模糊,似日晕状;而HPA3的噬菌斑较小,针眼状。电镜观察指出,三株噬菌体的头部外形都呈球形,但其大小和尾部长度有所不同。HPA1长尾,HPA3短尾,而HPA2无尾。它们的宿主范围较窄,除链霉菌的某些属外,它们不能侵染链孢囊及其他属的放线菌。其中HPA2对氯仿和温度的耐受力都较强,且在60℃时,仍有21%能够存活。

噬菌体与宿主相互作用过程研究现状

噬菌体是一类细菌依赖性的病毒,又称细菌病毒,能在细菌体内快速增殖。基于噬菌体对宿主菌具有高度识别特异性和强大的溶菌能力,噬菌体在治疗细菌感染领域具有良好的前景。综述了目前主要研究的几种噬菌体与宿主之间相互作用的研究现状。

医院内宽嗜性铜绿假单胞菌噬菌体的分离筛选

目的从未经处理的医院下水道污水中分离筛选宽嗜性铜绿假单胞菌噬菌体,检测其对临床常规检出的铜绿假单胞菌的嗜性覆盖范围,探究其潜在的临床治疗价值。方法用双层琼脂噬菌斑形成法对铜绿假单胞菌噬菌体进行分离鉴定和感染谱的筛选,并用重复片段PCR基因指纹方法 (repetitive element PCR genomic fingerprinting,Rep-PCR)进行感染谱内宿主菌同源性分析,确认噬菌体的感染谱;用双层琼脂噬菌斑形成法检测筛出的宽嗜性铜绿假单胞菌噬菌体对临床常规检出的铜绿假单胞菌的嗜性覆盖范围。结果从16家医院未经处理的下水道污水中分离到14株铜绿假单胞菌噬菌体,确定其中4株感染谱较广,4株宽嗜性噬菌体的交叉组合对临床日常分离30株铜绿假单胞菌吞噬覆盖率为96.7%(29/30);30株铜绿假单胞菌中对亚胺培南耐药菌株12株,对药敏实验全部药物敏感菌株5株,其他耐药菌株13株,4株宽嗜性噬菌体交叉组合对耐亚胺培南菌株吞噬覆盖率为91.7%(11/12),对药敏实验敏感菌株的吞噬覆盖率为100%(5/5),对其他耐药菌株交叉吞噬覆盖率为100%(13/13)。结论从分离鉴定的14株铜绿假单胞菌噬菌体中筛选出4株宽嗜性噬菌体,其交叉组合能够吞噬型解临床日常筛出30株铜绿假单胞菌中的29株,对耐亚胺培南和其他临床常规药物的耐药菌株的交叉吞噬覆盖率在90%以上,交叉组合吞噬覆盖率高,为其进一步在临床抗菌治疗方面的应用提供基础和依据。

一株宽宿主谱裂解性大肠杆菌噬菌体的进化分析

裂解性噬菌体能够特异性裂解细菌,本研究分析了一株从自然界中分离的宽宿主谱裂解性大肠杆菌噬菌体的种属和进化关系。前期用Adams双层平板琼脂法从猪场污水中分离纯化出一株裂解性噬菌体v B_Eco M_JS09,裂解谱分析能够裂解禽致病性大肠杆菌和产肠毒素大肠杆菌。扩增分析gene18、gene 23序列,并根据gp18和gp23氨基酸序列构建系统进化树,分析JS09的遗传进化关系。结果表明噬菌体v B_Eco M_JS09基因组为ds DNA,属于有尾噬菌体目、肌尾噬菌体科、T4-like噬菌体、T-evens亚群。其gp18氨基酸序列与大肠杆菌噬菌体RB69同源性最高,为100%;gp23氨基酸序列与大肠杆菌T4噬菌体同源性最高为96%。该结果为禽致病性大肠杆菌和产肠毒素大肠杆菌的防控提供了生物学基础。

T7噬菌体尾丝蛋白随机进化文库的构建

为筛选遗传背景清晰、裂解性能优良、宿主识别谱广泛的噬菌体用于抗菌产品开发,满足畜禽减抗、无抗养殖需求,通过易错PCR技术定向改变T7噬菌体尾丝蛋白羧基末端基因序列,并构建T7噬菌体尾丝蛋白随机进化文库,为筛选识别不同宿主的T7噬菌体奠定基础。提取T7噬菌体基因组,用SfiⅠ进行单酶切,回收SfiⅠ位点左侧基因组。常规PCR扩增尾丝蛋白羧基末端基因序列(TF-ct,约350 bp)以及gene17至T7基因组右侧末端基因序列(约4000 bp)。以回收的TF-ct片段为模板,进行易错PCR扩增,将随机突变的TF-ct基因片段连接T载体,构建质粒文库。从质粒文库中用SfiⅠ/SphⅠ双酶切出TF-ct片段,并与SfiⅠ位点左侧基因组片段、gp17右侧基因组片段进行连接,利用包装蛋白拯救出T7噬菌体尾丝蛋白随机进化文库。结果易错PCR成功扩增TF-ct基因片段,并连接T载体构建质粒文库;同时随机突变的基因正确插入T7噬菌体基因组相应位置,成功拯救出尾丝蛋白定向进化T7噬菌体文库。从噬菌体文库中随机挑选15个克隆进行序列分析,目的基因的突变率在1.23%~2.16%;尾丝蛋白loop区域的氨基酸突变改变了T7噬菌体吸附宿主的能力。本研究成功构建T7噬菌体尾丝蛋白随机进化文库,验证了loop区域在T7噬菌体识别宿主过程的作用,为后续筛选有益噬菌体开发抗菌产品提供支撑。

寄宿主-噬菌体动力学模型的稳定性分析

根据寄宿主-噬菌体相互依存、相互竞争的关系,建立了一种全新的寄宿主-噬菌体种群动力学模型,在寄宿主接近承载能力的条件下,模型的动力学行为表现为噬菌体能力的降低.与现存的捕食-被捕食模型相比,发现存在一个噬菌体不能侵入寄宿主的系统,但可以与寄宿主在低密度下稳定地共同生存的参数条件.这种稳定状态的存在预示着系统的稳定状态与噬菌体生命历史有着清晰的联系.模型的极限分析表明:像捕食-被捕食这样的保守系统并不是不可避免地发生种群循环.

布鲁菌噬菌体的生物学特性研究进展

布鲁菌属(Brucellae)细菌在核酸水平上非常相似,随着不同环境中布鲁菌新种及变异菌的出现,噬菌体分型实验在布鲁菌种的分型鉴定中依然发挥着不可替代的作用,本文从布鲁菌噬菌体的生长特征和宿主范围方面进行综述。

溶源性细菌的研究

本文对溶源性细菌的教学内容与教学方法进行了探讨。本文认为,在教学中,应注意概念的科学性、准确性、条理性;注意教学的直观性;也应注意知识的完整性、深广度及其内在联系。

江西和广东烟草青枯菌对噬菌体的敏感性及聚类分析

为探索不同噬菌体对不同烟草青枯菌的侵染能力,选择从土壤中分离的6个青枯菌噬菌体,通过双层平板噬菌斑检测法,测定6个噬菌体P1521、P1553、P1556-1、P1556-2、P574-2和P7-1对江西和广东两省烟区75个烟草青枯菌的侵染和裂解情况,并基于青枯菌对3个噬菌体的敏感性差异,进一步对75个青枯菌进行聚类分析。结果表明:6个噬菌体分别可侵染65、63、61、57、57和24个烟草青枯菌菌株,噬菌体P1556-1和P1521寄主范围较广,噬菌体P1553寄主范围较窄;基于P1556-1、P574-2和P1553等3个噬菌体,对75个青枯菌进行聚类分析,将75个烟草青枯菌分为7个遗传组(Rs-I^Rs-VII),其中Rs-IV菌株数量较多,包括31个青枯菌,占供试菌株的41.33%,这些菌株对P1553噬菌体均表现不敏感,而对其它2个噬菌体敏感。

噬菌体展示技术的理论基础及其在感染性疾病防治中的应用

噬菌体展示技术是一种高通量研究基因功能、蛋白质表达及其相互作用的有效方法,具有与生物芯片一样的大量快速检测、发现并鉴定功能基因及蛋白质-蛋白质相互作用的优点。我们着重介绍噬菌体展示技术的种类、原理,及其在感染性疾病防治中的应用。

多价噬菌体Bp7尾丝蛋白gp37的表达及其对噬菌体增殖的影响

为研究大肠杆菌多价噬菌体Bp7的尾丝蛋白gp37在噬菌体宿主识别中的作用,通过PCR扩增噬菌体Bp7尾丝蛋白gp37的C末端基因,构建原核重组表达质粒pGEX-6p-1-gp37,并转化大肠杆菌BL-21,IPTG诱导表达。以鉴定正确的融合表达蛋白免疫家兔,制备多克隆抗体,并检测抗血清对噬菌体增殖作用的影响。结果显示:经SDS-PAGE及Western blot鉴定证实得到含有GST标签67ku的融合表达蛋白;抗Bp7尾丝蛋白gp37的抗血清可明显抑制噬菌体Bp3、Bp7的增殖(P<0.05),对噬菌体Bp2、Bp5、Bp6的增殖具有抑制作用,但差异不显著(P<0.05),该抗血清对噬菌体Bp4的增殖反而具有促进作用。试验结果证实gp37参与噬菌体Bp7的宿主识别。