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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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研究發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶通過重編輯溫和噬菌體的基因組賦予其超感染能力

2024-10-24 南海海洋研究所

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中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員王曉雪團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶通過重編輯溫和噬菌體的基因組賦予其超感染能力，而具有超感染能力的噬菌體在生物膜中能夠?qū)崿F(xiàn)快速增殖。10月20日，相關(guān)研究成果以A reverse transcriptase controls prophage genome reduction to promote phage dissemination in Pseudomonas aeruginosa biofilms為題，在線發(fā)表在《細(xì)胞報告》（Cell Reports）上。

在生物界的漫長進(jìn)化歷程中，逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)改變了人們對遺傳信息傳遞方式的認(rèn)識。在較多真核生物中，端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶通過逆轉(zhuǎn)錄將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端，填補DNA復(fù)制損失的端粒，以保護(hù)基因組的完整性。在逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA病毒）中，逆轉(zhuǎn)錄酶將病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄合成雙鏈DNA，而雙鏈DNA被整合酶整合至宿主細(xì)胞染色體DNA上進(jìn)而形成前病毒，并可隨宿主細(xì)胞分裂傳遞給子代細(xì)胞。

該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)單鏈DNA病毒-絲狀噬菌體的基因組攜帶逆轉(zhuǎn)錄酶；解析生物膜形成中的絲狀噬菌體“釋放-再次侵染”過程發(fā)現(xiàn)，該逆轉(zhuǎn)錄酶負(fù)責(zé)合成了一個精簡的絲狀噬菌體基因組，并舍棄了約1/3的基因組。這一重編輯的噬菌體基因組保留了噬菌體組裝的必需基因，并截獲了激活因子上游ncRNA的強啟動子以確保噬菌體激活因子及其下游基因的高表達(dá)。同時，重編輯的噬菌體基因組丟掉了免疫調(diào)控區(qū)，具有超感染能力。在生物膜形成過程中，重編輯的噬菌體能夠取代一部分宿主菌中的溫和噬菌體，成為不斷產(chǎn)生超感染噬菌體的超級宿主菌。超級宿主菌不僅能夠大量產(chǎn)生超感染性噬菌體，而且表現(xiàn)出對超感染性噬菌體的抵抗能力，進(jìn)而維持生物膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及生物膜中噬菌體與宿主菌比例的平衡。研究證實，添加逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑能夠抑制生物膜中超感染噬菌體的產(chǎn)生。

上述成果拓展了科研人員對噬菌體生物學(xué)特征以及生物膜中噬菌體與宿主菌復(fù)雜互作的微觀認(rèn)識。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部及廣東省的支持。

逆轉(zhuǎn)錄酶控制超感染噬菌體Pf4的產(chǎn)生及其在生物膜中擴(kuò)散模式圖。RF Pf4：復(fù)制型Pf4； SI Pf4：超感染Pf4。

中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員王曉雪團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶通過重編輯溫和噬菌體的基因組賦予其超感染能力，而具有超感染能力的噬菌體在生物膜中能夠?qū)崿F(xiàn)快速增殖。10月20日，相關(guān)研究成果以A reverse transcriptase controls prophage genome reduction to promote phage dissemination in Pseudomonas aeruginosa biofilms為題，在線發(fā)表在《細(xì)胞報告》（Cell Reports）上。在生物界的漫長進(jìn)化歷程中，逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)改變了人們對遺傳信息傳遞方式的認(rèn)識。在較多真核生物中，端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶通過逆轉(zhuǎn)錄將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端，填補DNA復(fù)制損失的端粒，以保護(hù)基因組的完整性。在逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA病毒）中，逆轉(zhuǎn)錄酶將病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄合成雙鏈DNA，而雙鏈DNA被整合酶整合至宿主細(xì)胞染色體DNA上進(jìn)而形成前病毒，并可隨宿主細(xì)胞分裂傳遞給子代細(xì)胞。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)單鏈DNA病毒-絲狀噬菌體的基因組攜帶逆轉(zhuǎn)錄酶；解析生物膜形成中的絲狀噬菌體“釋放-再次侵染”過程發(fā)現(xiàn)，該逆轉(zhuǎn)錄酶負(fù)責(zé)合成了一個精簡的絲狀噬菌體基因組，并舍棄了約1/3的基因組。這一重編輯的噬菌體基因組保留了噬菌體組裝的必需基因，并截獲了激活因子上游ncRNA的強啟動子以確保噬菌體激活因子及其下游基因的高表達(dá)。同時，重編輯的噬菌體基因組丟掉了免疫調(diào)控區(qū)，具有超感染能力。在生物膜形成過程中，重編輯的噬菌體能夠取代一部分宿主菌中的溫和噬菌體，成為不斷產(chǎn)生超感染噬菌體的超級宿主菌。超級宿主菌不僅能夠大量產(chǎn)生超感染性噬菌體，而且表現(xiàn)出對超感染性噬菌體的抵抗能力，進(jìn)而維持生物膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及生物膜中噬菌體與宿主菌比例的平衡。研究證實，添加逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑能夠抑制生物膜中超感染噬菌體的產(chǎn)生。上述成果拓展了科研人員對噬菌體生物學(xué)特征以及生物膜中噬菌體與宿主菌復(fù)雜互作的微觀認(rèn)識。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部及廣東省的支持。逆轉(zhuǎn)錄酶控制超感染噬菌體Pf4的產(chǎn)生及其在生物膜中擴(kuò)散模式圖。RF Pf4：復(fù)制型Pf4； SI Pf4：超感染Pf4。

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