噬菌體–細菌感染病毒–的最新研究表明，噬菌體在感染過程中的數量和相互作用會影響它們進入宿主細胞，並受到細胞電生理學的影響。這項發現為了解噬菌體的行為及其對生物技術的影響開闢了新的途徑。

50 多年來，研究人員一直在研究噬菌體–在細菌體內感染和複製的病毒–進入細胞的過程。在一項新研究中，來自伊利諾大學香檳分校和德州農工大學的科學家們採用尖端技術，在單細胞層級研究了這個過程。

物理學教授伊多-戈爾丁（Ido Golding，CAIM/IGOH）說：「噬菌體生物學領域在過去十年中出現了爆炸性增長，因為越來越多的研究人員意識到噬菌體在生態學、進化和生物技術方面的重要意義。

噬菌體感染的過程包括病毒附著在細菌表面。隨後，病毒將其遺傳物質注入細胞。噬菌體進入細胞後，可以迫使細胞產生更多的噬菌體並最終爆炸，這個過程稱為細胞裂解；或者噬菌體將其基因組整合到細菌的基因組中，並保持休眠狀態，這個過程稱為溶菌作用。結果取決於有多少噬菌體同時感染細胞。單一噬菌體會導致細胞溶解，而多個噬菌體感染則會導致細胞溶解。

第一作者Thu Vu Phuc Nguyen（左）和Ido Golding 研究了共感染噬菌體如何阻礙對方進入細胞。圖片來源：Fred Zwicky

在目前的研究中，研究人員想知道與細菌表面結合的感染噬菌體數量是否與注射細胞的病毒遺傳物質數量一致。為此，他們用螢光標記了噬菌體的蛋白質外殼和內部的遺傳物質。然後，他們培養大腸桿菌，使用不同濃度的感染噬菌體，並追蹤有多少噬菌體能夠將其遺傳物質注入大腸桿菌。

“我們從上世紀70 年代就知道，當多個噬菌體感染同一個細胞時，會影響感染的結果。在這篇論文中，我們能夠進行精確的測量，這與迄今為止的任何研究都不同，”戈爾丁說。

研究人員驚訝地發現，噬菌體遺傳物質的進入可能會受到其他共感染噬菌體的阻礙。他們發現，當細胞表面附著的噬菌體較多時，能夠進入細胞的噬菌體就相對較少。

戈爾丁說：「我們的數據表明，感染的第一階段–噬菌體進入–是一個重要的步驟，而這一步驟以前沒有得到足夠的重視。共感染的噬菌體透過擾亂細胞的電生理學來阻礙對方進入細胞。

細菌的最外層不斷處理電子和離子的運動，而電子和離子對於產生能量和在細胞內外傳遞訊號至關重要。在過去十年中，研究人員開始意識到這種電生理學在其他細菌現象（包括抗生素抗藥性）中的重要性。這篇論文為細菌電生理學的研究開闢了一條新途徑–它在噬菌體生物學中的作用。

“透過影響實際進入的噬菌體數量，這些擾動會影響溶解和溶原之間的選擇。我們的研究還表明，噬菌體的進入會受到各種離子濃度等環境條件的影響，」戈爾丁說。

研究小組有興趣改進他們的技術，以便更好地了解噬菌體進入的分子基礎：”儘管我們的技術分辨率很高，但在分子層面上發生的事情我們基本上還是看不到。我們正在考慮在卡爾-R-沃斯基因組生物學研究所使用Minflux 系統。

編譯自/ ScitechDaily