《Journal of Bacteriology》：An N4-like Caulobacter phage requires host smooth lipopolysaccharide biosynthesis for infection
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本篇研究发现并表征了一种新的淡水N4样短尾噬菌体Circe，该噬菌体能感染新月柄菌（Caulobacter crescentus）。研究表明，Circe的成功感染依赖于宿主的细胞包膜碳水化合物代谢，特别是光滑脂多糖（S-LPS）的生物合成，这为理解N4家族噬菌体与细菌的相互作用提供了新视角，并拓展了新月柄菌噬菌体的已知库。
本研究报道了从美国密歇根州哈斯莱特的一个淡水湖中分离到的一种能感染新月柄菌（Caulobacter crescentus）的新型噬菌体，命名为Circe。该噬菌体属于N4样短尾噬菌体，隶属于Schitoviridae家族。研究意外地观察到了两种不同形态的噬菌斑：清晰斑和带有模糊外缘的光晕斑。通过透射电镜观察，发现两种形态的噬菌体颗粒均呈现典型的短尾噬菌体形态，具有二十面体衣壳和短尾结构。基因组测序和分析显示，这两种噬菌体实际上是两个变异株（分别命名为CirceC和CirceH），它们拥有相同的线性双链DNA基因组（73，793 bp），仅存在一个核苷酸的差异（A-to-T颠换），导致未表征蛋白Gp063中发生了一个F91I的氨基酸替换。
系统发育分析表明，Circe属于Schitoviridae家族，与N4样噬菌体聚类。尽管基因高度相似，但两个变异株在感染表型上存在差异。在液体感染实验中，CirceC感染后导致培养物密度快速下降，表现出典型的裂解活性；而CirceH则表现出更复杂、延迟和双相的清除动力学。然而，吸附实验证实，两种变异株吸附到宿主新月柄菌CB15的效率相当，这表明Gp063中的单点突变影响的可能是吸附后的感染步骤（如基因组注射、复制或裂解调控）。
为了系统地识别宿主中影响Circe感染的基因，研究人员采用了两种遗传学方法。首先，通过正向遗传学筛选，发现了三个对CirceC完全抵抗的自发突变体。全基因组测序揭示，这些突变均发生在一个编码WcaG样NAD依赖性差向异构酶（基因座为CCNA_03538）的基因中。构建该基因的框内缺失突变体（ΔCCNA_03538）也表现出完全的抗性，而通过质粒回补该基因则可恢复噬菌体敏感性，证实了该基因对于Circe感染是必需的。值得注意的是，该突变体对噬菌体的吸附效率并未受损，表明CCNA_03538参与的是吸附后的感染过程。
其次，研究人员利用随机条形码转座子测序（RB-TnSeq）技术，在全基因组范围内筛选了CirceC感染所需或能提供抗性的宿主因子
。结果显示，感染后期（7.5小时），多个与光滑脂多糖（S-LPS）O-多糖生物合成及外排相关的基因（如CCNA_00497, CCNA_01068, CCNA_02386, CCNA_03733, rfbB）的突变体显示出显著的生存优势，表明这些基因的失活会赋予宿主对Circe感染的抗性。研究人员选取了其中几个基因（CCNA_00497, CCNA_02386, rfbB）构建了框内缺失突变体，发现它们都对CirceC感染表现出完全抗性，且这种抗性可通过回补对应基因而恢复。更重要的是，对ΔCCNA_02386突变体的吸附实验显示，噬菌体完全无法吸附到该菌株上，而回补后吸附能力得以恢复。这直接证明光滑脂多糖（S-LPS）是CirceC吸附的关键受体。这与已知的其他N4样噬菌体利用细菌包膜多糖进行感染的策略是一致的。此外，RB-TnSeq结果还指出，鞘脂生物合成和输出基因簇（CCNA_01210至CCNA_01226）的突变也对感染有影响，但其作用机制尚待阐明。
研究还考察了不同新月柄菌菌株背景对噬菌体感染的影响。在实验室菌株NA1000上，CirceC和CirceH形成的噬菌斑数量更少且更模糊，表明其感染性降低。当去除NA1000中的一个26 kb的移动遗传元件（MGE）后，噬菌体敏感性得以恢复，表明该元件编码的外多糖（EPS）生物合成过程有助于抵抗Circe感染。
综上所述，本研究首次报道了一种能感染新月柄菌的N4样噬菌体Circe，并对其进行了全面的表征。研究揭示了光滑脂多糖（S-LPS）是Circe感染新月柄菌所必需的关键受体，而WcaG样差向异构酶CCNA_03538则在吸附后的感染步骤中起关键作用。这一发现不仅扩展了我们对N4样噬菌体生物学的理解，揭示了新月柄菌中噬菌体易感性的新分子决定因素，也为研究生态上重要的新月柄菌属中噬菌体与宿主的相互作用提供了一个可操作的系统模型。
