合作研究人员在噬菌体（能够特异性靶向有害细菌而不损害人类细胞和有益微生物的病毒）的复杂防御系统方面取得了突破性发现。
来自新加坡-麻省理工联盟研究与技术（SMART）的抗菌素耐药性（AMR）跨学科研究小组，与奥塔哥大学以及南洋理工大学（新加坡）、代尔夫特理工大学、坎特伯雷大学和麻省理工学院（MIT）的其他合作者共同发现了一种新型噬菌体DNA修饰，通过添加多达三个阿拉伯糖分子，可以帮助保护噬菌体DNA免受损伤并抵御细菌攻击。
这一知识可用于开发针对关键抗生素耐药病原体的新型靶向噬菌体治疗方法。
噬菌体是应对日益严重的抗菌素耐药性威胁的有力武器，因为它们有可能感染并杀死对抗生素具有耐药性的细菌菌株。数十亿年来，细菌及其病毒捕食者——噬菌体——在复杂的进化军备竞赛中共同进化。
尽管噬菌体数量比细菌多约十倍，但细菌已经开发出多种防御系统以避免噬菌体感染和杀灭。这些防御系统包括限制修饰（RM）和CRISPR-Cas系统等知名机制，可以识别和破坏入侵的噬菌体DNA。
作为回应，噬菌体已经开发出自己的反防御策略，包括修饰其DNA以逃避细菌多样化的DNA感知和靶向防御。在发表于《细胞宿主与微生物》杂志的一篇题为"噬菌体阿拉伯糖基-羟基-胞嘧啶DNA修饰对噬菌体防御系统产生不同的逃避和敏感反应"的论文中，研究人员记录了一种新型噬菌体DNA修饰的发现，即通过独特的化学连接将阿拉伯糖添加到DNA中的胞嘧啶上，还可以通过细胞过程进一步修饰一个或两个阿拉伯糖，形成双或三阿拉伯糖基化DNA。
研究发现，含有更多糖分子的修饰能提供更强的细菌防御保护。更重要的是，许多这些修饰过的噬菌体正在靶向主要的致病细菌，并显示出开发对抗包括鲍曼不动杆菌在内的抗生素耐药细菌新治疗方法的潜力。
鲍曼不动杆菌被世界卫生组织（WHO）2024年细菌优先病原体清单（BPPL）列为关键优先病原体，是一种超级细菌，可导致肺炎、脑膜炎和败血症以及尿路、血液和伤口感染等潜在致命感染，尤其是在免疫系统受损的个体中。这种细菌通常对多种药物具有耐药性，几乎没有或没有有效的治疗方法。
（从左至右）：SMART AMR高级研究科学家崔亮；SMART AMR研究科学家吴俊周；以及新加坡南洋理工大学高级研究员Seetharamsing Balamkundu，他们是发现噬菌体如何通过阿拉伯糖修饰DNA以逃避细菌防御的团队成员。图片来源：SMART AMR
SMART AMR高级研究科学家、该论文共同通讯作者崔亮博士说："我们的研究揭示了噬菌体与细菌之间的相互作用比最初预期的要复杂得多，更好地理解这些相互作用是利用噬菌体对抗细菌感染的关键。"
"利用SMART开发的能够检测和识别新型噬菌体DNA修饰的高度敏感分析平台，我们已经能够发现多种新型噬菌体DNA修饰系统，本出版物中的发现是我们最新的研究成果。我们期待进一步研究这些工具和知识如何帮助更好地开发针对细菌感染的噬菌体治疗方法。"
奥塔哥大学噬菌体-宿主相互作用（Phi）实验室分子微生物学家、该论文共同通讯作者Peter Fineran教授说："理解噬菌体修饰其DNA以防御细菌的细胞过程，将有助于开发针对抗生素耐药病原体更有效的噬菌体治疗方法。"
"通过这项工作，我们还建立了能够对这些噬菌体进行DNA修饰的基因工程技术，这将有助于它们未来作为治疗方法的开发。噬菌体-细菌'军备竞赛'所产生的生物创新令人兴奋，我们的研究经常洞察到这种令人难以置信的多样性，随后可以在生物技术应用中加以利用。与SMART的优秀团队合作非常棒。"
这一突破性发现增强了噬菌体治疗领域，使开发针对抗生素耐药病原体更有效的治疗方法成为可能。通过证明噬菌体中的天然DNA修饰发生的频率远高于先前预测，该研究不仅改进了对噬菌体生物学的理解，还修订了对噬菌体生物学的基本理解，为发现其他新型噬菌体DNA修饰系统开辟了新途径。
这项研究得益于跨学科方法，结合了SMART AMR在分析领域的专业知识与其合作者在信息学、基因组学和分子生物学方面的专长。
展望未来，该团队将专注于探索这些噬菌体DNA修饰系统新发现的多样性，这将增进对噬菌体与细菌之间复杂相互作用的理解，并最终帮助应对日益严重的抗菌素耐药性威胁。
更多信息：Marina Mahler等，《噬菌体阿拉伯糖基-羟基-胞嘧啶DNA修饰对噬菌体防御系统产生不同的逃避和敏感反应》，《细胞宿主与微生物》（2025）。DOI: 10.1016/j.chom.2025.06.005
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