研究发现逆转录酶通过重编辑温和噬菌体的基因组赋予其超感染能力

中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队发现逆转录酶通过重编辑温和噬菌体的基因组赋予其超感染能力，而具有超感染能力的噬菌体在生物膜中能够实现快速增殖。10月20日，相关研究成果以A reverse transcriptase controls prophage genome reduction to promote phage dissemination in Pseudomonas aeruginosa biofilms为题，在线发表在《细胞报告》（Cell Reports）上。

在生物界的漫长进化历程中，逆转录酶的发现改变了人们对遗传信息传递方式的认识。在较多真核生物中，端粒酶逆转录酶通过逆转录将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，填补DNA复制损失的端粒，以保护基因组的完整性。在逆转录病毒（RNA病毒）中，逆转录酶将病毒RNA逆转录合成双链DNA，而双链DNA被整合酶整合至宿主细胞染色体DNA上进而形成前病毒，并可随宿主细胞分裂传递给子代细胞。

该团队发现单链DNA病毒-丝状噬菌体的基因组携带逆转录酶；解析生物膜形成中的丝状噬菌体“释放-再次侵染”过程发现，该逆转录酶负责合成了一个精简的丝状噬菌体基因组，并舍弃了约1/3的基因组。这一重编辑的噬菌体基因组保留了噬菌体组装的必需基因，并截获了激活因子上游ncRNA的强启动子以确保噬菌体激活因子及其下游基因的高表达。同时，重编辑的噬菌体基因组丢掉了免疫调控区，具有超感染能力。在生物膜形成过程中，重编辑的噬菌体能够取代一部分宿主菌中的温和噬菌体，成为不断产生超感染噬菌体的超级宿主菌。超级宿主菌不仅能够大量产生超感染性噬菌体，而且表现出对超感染性噬菌体的抵抗能力，进而维持生物膜的结构稳定性以及生物膜中噬菌体与宿主菌比例的平衡。研究证实，添加逆转录酶抑制剂能够抑制生物膜中超感染噬菌体的产生。

上述成果拓展了科研人员对噬菌体生物学特征以及生物膜中噬菌体与宿主菌复杂互作的微观认识。

研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部及广东省的支持。

逆转录酶控制超感染噬菌体Pf4的产生及其在生物膜中扩散模式图。RF Pf4：复制型Pf4； SI Pf4：超感染Pf4。