通过分支结构域和保守肽相互作用实现跨属噬菌体设计

《Journal of Biological Engineering》：Cross-genus phage design through branching domain and conserved peptide interactions

　　

摘要

背景

分支受体结合蛋白（RBP）系统使噬菌体能够通过整合两种或更多种RBP来扩大其宿主范围。以Klebsiella噬菌体KP32、K11和KP34作为模型系统，我们实验验证了主要RBP（RBP1）的分支结构域与次要RBP（RBP2）的保守对接肽之间的相互作用，这一相互作用是实现双RBP整合到病毒颗粒中的关键结构基础。

结果

系统工程研究表明，无论是分支结构域还是保守肽的缺失都会导致RBP2无法组装，这突显了它们在构建分支结构中的关键作用，并证明锚定结构域是唯一将RBP复合体直接连接到病毒颗粒上的元素。利用这种相互作用，我们基于Klebsiella噬菌体KP32的骨架构建了一种嵌合噬菌体，该噬菌体能够在Klebsiella和Escherichia两种宿主之间进行跨属感染并有效繁殖。与之前需要替换整个RBP以及适配器和喷嘴蛋白的方法不同，这种策略通过模块化结构域交换和RBP的位置重排（即交换RBP1和RBP2的位置）实现了宿主范围的重新编程。相反，我们也成功改造了一种Escherichia噬菌体K1F，使其能够感染Klebsiella。

结论

我们的研究证实，RBP的分支结构域和保守肽作为特定的相互作用伙伴发挥作用。我们的发现确定了保守肽作为对接元素的身份，并强调了荚膜病毒在适应来自不同位置和分类背景的RBP方面的结构灵活性。总体而言，这项工作为合理的噬菌体工程提供了机制框架，并为生成具有扩展宿主范围的定制治疗性噬菌体（包括跨属感染能力）定义了一般设计原则。