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【文献速递】两株气单胞菌噬菌体的鉴定及基因组分析
发布时间：
2025-11-17
本研究的发现为我们在噬菌体资源筛选、产品布局及技术路线设计方面提供了重要思路。研究显示，自然环境中仍存在大量未被发掘的新型噬菌体资源，且具有良好的环境耐受性与强抑菌能力，这提示我们未来可继续通过系统化采样、扩大分离来源、丰富宿主菌库等方式，提高发现优势噬菌体的概率。该研究对噬菌体进行完整的基因组安全性评估，也提示我们在自身产品开发中应进一步强化“全基因组检测→毒力与耐药基因排除→系统发育定位”的标
【研究简介】
本研究从养殖水体中分离获得两株可裂解气单胞菌属细菌的噬菌体 AhC3_1（C3）和 AsC4_1（C4），并对其形态特征、基因组结构、生物学性质及体外抑菌能力进行了系统分析。结果显示，两株噬菌体分别代表两个新的病毒属（命名为Aynavirus和Asnavirus），具有良好的温度与 pH 稳定性，以及显著的体外抗菌效果，显示出作为水产养殖病害防控制剂的潜在应用价值。
【研究背景和目的】
气单胞菌属细菌广泛分布于水生环境，且能够引发人类和水生动物的多种疾病，是重要的人兽共患病原菌。嗜水气单胞菌和杀鲑气单胞菌是水产养殖中最常见的致病种类，其耐药性问题因抗生素的长期使用而愈发突出。噬菌体作为特异性感染细菌的天然病毒，因其安全、特异和可用于耐药菌控制等优势，再度成为研究热点。本研究旨在分离新的气单胞菌噬菌体，并对其基因组和生物学特性进行系统性揭示，以评估其作为抗菌制剂的潜力。
【研究内容与结果】
（一）噬菌体的形态学观察
从养殖水样中成功分离出噬菌体 C3 和 C4。交叉点滴实验结果显示，这两株噬菌体具有严格的宿主特异性，C3 仅裂解嗜水气单胞菌，而 C4 仅裂解杀鲑气单胞菌，二者没有交叉感染能力。双层琼脂法观察到 C3 形成直径约 0.5 mm、透明、边缘清晰的小点状噬菌斑，而 C4 的噬菌斑直径约 1 mm，透明但边缘较为模糊。透射电子显微镜结果表明，两株噬菌体均属于有尾噬菌体类群，其中 C3 的头部直径约 142 nm、尾部长度约 223 nm，而 C4 的头部直径为 54 nm、尾部长度约 121 nm。
图1 噬菌体C3和C4的噬斑形态及电子显微特征。
(A) C3的噬斑，中心直径约为0.5毫米，呈透明小点状，边缘清晰。
(B) C4的噬斑，中心直径约为1毫米，呈透明点状，边缘模糊。
(C) 噬菌体C3的透射电子显微镜(TEM)形态。病毒颗粒呈二十面体头部，直径约142纳米，连接一条细长尾巴，长度约223纳米。
(D) 噬菌体C4的TEM形态。该噬菌体显示一个二十面体衣壳，直径约54纳米，连接一条长度约121纳米的细长尾部结构。
（二）噬菌体的生物信息学分析
基因组测序结果显示，C3 的基因组长度为 232,884 bp，GC 含量 44.36%；C4 的基因组长度为 45,983 bp，GC 含量 50.11%。基因组注释显示 C3 含 237 个开放阅读框，其中 48 个为已知功能基因；C4 含 77 个开放阅读框，其中 23 个具有明确功能。两株噬菌体均未检测到耐药基因或毒力基因，支持其应用安全性。
图2 两种噬菌体 C3 和 C4 的基因组结构。
(A) C3；(B) C4。
从最内层到最外层区域：
(1) 数字表示基因组长度；
(2) 蓝色圆圈表示 GC 含量偏离；
(3) 由红色和绿色组成的圆圈表示 GC 偏斜；
(4) 最外层的箭头表示开放阅读框 (ORF)，通过方向和颜色区分，并根据功能进行注释。图像左下角的图例中用不同颜色表示不同功能模块的蛋白质。噬菌体基因组图是使用 PhageScope 构建的。
系统发育树分析表明，C3 与 Chaoshanvirus 和 Ferozepurvirus 进化距离最近；C4 与 Dibbivirus 和 Tlsvirus 的亲缘关系最接近。然而，不同保守蛋白推断的系统发育结果存在差异，可能源于噬菌体不同蛋白质的进化速度不同。AAI 分析显示 C3 与最接近属的相似度为 60–61%，C4 与最接近类群的相似度约为 54%，均低于现有同属判定标准（≥70%）。综合系统发育与 AAI 数据，提出将 C3 和 C4 分别归为两个新病毒属，命名为“Aynavirus”和“Asnavirus”。
图3 基于大终端酶亚基对噬菌体 C3 的系统发育和平均氨基酸同一性分析。
(A) 使用大终端酶亚基（TerL）构建的噬菌体 C3 的邻接法系统发育树。
(B) 基于保守的 TerL 基因的噬菌体 C3 平均氨基酸同一性（AAI）分析。目标噬菌体用红色方框标出。
图4 基于大终端酶亚基对噬菌体 C4 的系统发育和平均氨基酸同一性分析。
(A) 使用大终端酶亚基（TerL）构建的噬菌体 C4 的邻接法系统发育树。
(B) 基于保守的 TerL 基因的噬菌体 C4平均氨基酸同一性（AAI）分析。目标噬菌体用红色方框标出。
（三）生物学特性测定
最佳感染复数分析显示，C3 在 MOI 为 10-3 时感染效率最高，而 C4 在 MOI 为 10-4 时效果最佳。一步生长曲线表明 C3 的潜伏期约为 10 分钟，裂解量为 32 PFU/cell；C4 的潜伏期不足 10 分钟，裂解量高达 1,250 PFU/cell，显示出更强的裂解能力。
图5 两种噬菌体 C3 和 C4 的最佳感染复数（MOI）及单步生长曲线。
（A,B）分别为 C3 和 C4 的最佳 MOI。
（C,D）分别为 C3 和 C4 的单步生长曲线。Pfu 代表斑块形成单位。空白对照为不含噬菌体的宿主细菌。
稳定性测试显示，C3 在 pH 3–11 范围内保持活性，而 C4 在 pH 2–12 范围内均表现稳定。温度稳定性方面，C3 在 4–37℃ 活性良好；C4 的耐温范围更广，即使在 65℃ 下仍可维持较高活性。总体来看，C4 的环境耐受性明显优于 C3。
图6 两种噬菌体C3和C4在不同温度和pH值下的稳定性。
(A,B) 分别为C3和C4的pH稳定性。
(C,D) 分别为C3和C4的温度稳定性。Pfu代表斑点形成单位。
（四）体外抗菌效果评估
通过体外抑菌曲线分析，C3 在 MOI 为 10-3 下可持续抑制嗜水气单胞菌约 10 小时，而 C4 在 MOI 为 10-1 下可显著抑制杀鲑气单胞菌达 15 小时。这两株噬菌体均展现出强效且持续的抗菌能力，与已有报道的其他气单胞菌噬菌体表现一致，进一步支持其在病原控制方面的应用潜力。
图7 两种噬菌体的体外抑菌曲线。
(A) 不同感染复数（MOI）下C3的体外抑菌曲线。
(B) 不同MOI下C4的体外抑菌曲线。黄色线代表仅含细菌的阴性对照。
【讨论】
气单胞菌属（Aeromonas）隶属于气单胞菌科，是重要的人兽共患致病菌，不仅威胁人类健康，也会引发水产养殖中多种疾病。本研究从养殖水体中分离获得两株此前未分类的气单胞菌噬菌体，并对其进行了系统的形态学、生物学与基因组学分析。根据基因组结构和进化关系，这两株噬菌体均属于有尾噬菌体目（Caudoviricetes）。
系统发育分析显示，噬菌体 C3 与 Chaoshanvirus 和 Ferozepurvirus 关系最近；而 C4 基于 TerL 序列呈现与 Dibbivirus 和 Tlsvirus 的近缘关系，基于衣壳蛋白则更接近未分类的有尾噬菌体和 Feofaniavirus。这种差异可能源于不同保守蛋白的进化速率不同。鉴于 TerL 在 DNA 包装过程中的保守性，研究团队将其作为主要系统发育标记，以更可靠地推断两株噬菌体的进化地位。
基因组分析未检出耐药基因和毒力基因，表明两株噬菌体具有良好的应用安全性。环境稳定性方面，已有多株气单胞菌噬菌体被报道在一定温度和 pH 范围内保持活性。研究团队的结果显示，C3 在 4–37℃、pH 3–11 条件下稳定；C4 的耐受范围更广，在 65℃以下及 pH 2–12 均保持活性，其温度和 pH 稳定性均优于多数已报道噬菌体，应用适应性更强。
此外，研究团队在噬菌体 C4 的基因组中检测到裂解蛋白相关基因，裂解蛋白可促进细胞裂解并增强噬菌体释放效率，是提高抗菌能力的重要因素。类似基因也在裂解能力较强的其他气单胞菌噬菌体中被发现，提示 C4 在抗菌应用方面具有更高潜力。相关研究亦表明，噬菌体裂解酶如内溶素（endolysin）具有更广谱杀菌作用，显示这种机制在抗菌制剂开发中极具应用价值。
体外抑菌实验进一步显示，在适宜 MOI 条件下，两株噬菌体均能实现约 10–15 小时的持续强效抑菌。结合既往研究中对多株气单胞菌噬菌体的类似观察，这一结果提示强烈而稳定的抑菌能力可能是气单胞菌噬菌体的普遍特性，也说明研究团队获得的 C3 和 C4 在细菌感染防控方面具有潜在应用价值。
【启示】
本研究的发现为我们在噬菌体资源筛选、产品布局及技术路线设计方面提供了重要思路。研究显示，自然环境中仍存在大量未被发掘的新型噬菌体资源，且具有良好的环境耐受性与强抑菌能力，这提示我们未来可继续通过系统化采样、扩大分离来源、丰富宿主菌库等方式，提高发现优势噬菌体的概率。该研究对噬菌体进行完整的基因组安全性评估，也提示我们在自身产品开发中应进一步强化“全基因组检测→毒力与耐药基因排除→系统发育定位”的标准化流程，以提升产品可靠性与监管通过率。此外，研究中关于裂解蛋白和噬菌体功能基因的分析也为我们未来在裂解酶、工程化噬菌体、以及多策略组合（如鸡尾酒、噬菌体+抗菌肽）等方向提供了参考。总体而言，这篇文章为我们提供了在资源挖掘、筛选评估、产品设计和研发策略上的启示，有助于我们优化未来的噬菌体开发体系并提高研发效率。
本文译自：
Characterization and genomic analysis of two Aeromonas phage
编译：崔丹丹、李孟霖
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