열 반응성 C22 파지 강성은 파지 감염성을 조절합니다

Nov 27, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13001(2022) 이 기사 인용

678 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

박테리오파지는 작물 질병 통제를 위한 지속 가능한 대안을 제공합니다. 그러나 파지 감염 메커니즘에 대한 지식이 부족하여 파지 기반 생물학적 제어가 다양하고 비효율적입니다. 이 연구에서 우리는 감염의 온도 의존성과 C22 파지의 열 반응 행동을 조사했습니다. 이 토양 매개 포도바이러스는 Ralstonia solanacearum을 용해시켜 세균성 시들음병을 일으킬 수 있습니다. 우리는 C22 파지가 고온(35, 40°C)보다 저온(25, 30°C)에서 배양되었을 때 병원성 숙주 세포를 더 잘 감염시킬 수 있음을 밝혔습니다. C22 파지 강성을 측정한 결과 저온에서의 파지 강성은 고온보다 2~3배 더 큰 것으로 나타났습니다. 또한 이미징 결과는 고온보다 저온에서 세포 표면에 더 많은 C22 파지 입자가 부착되어 파지 강성과 파지 부착과 관련이 있음을 보여주었습니다. 결과는 온도 변화에 반응하는 구조와 강성 조절이 감염을 개선하여 C22 파지 용해 주기에 대한 기계적 통찰력을 제공한다는 것을 시사합니다. 우리의 연구는 효과적인 파지 기반 생물학적 제어 구현을 위해 변동하는 환경에 대한 파지 반응을 이해해야 함을 나타냅니다.

Ralstonia solanacearum에 의한 세균성 시들음병은 감자, 토마토, 담배, 고추를 포함한 경제 작물을 파괴하여 연간 약 10억 달러의 비용을 발생시킵니다1. 토양 소독, 토양 개량, 윤작과 같은 기존 관행은 병원성 박테리아가 토양에서 오랫동안 생존하고 수로를 통해 인근 지역으로 전파될 수 있기 때문에 노동 집약적이고 비효율적입니다2,3. 박테리아를 제거하기 위해 화학 물질과 살충제를 사용하면 소모품, 인간 건강 및 환경에 유해한 잔류물이 발생합니다. 따라서 길항제를 사용하여 시들음병을 유발하는 Ralstonia solanacearum의 생물학적 방제 방법이 안전한 대안으로 관심을 받고 있습니다4,5. 이러한 제제 중에서 용해성 박테리오파지 또는 파지는 이러한 손상 박테리아를 제어하는 ​​데 유망한 결과를 보여줍니다6,7,8,9. 파지는 특정 숙주 박테리아 세포를 표적으로 삼습니다. 모든 숙주 세포가 근절되면 파지는 더 이상 복제되지 않습니다. 파지는 일반적으로 진핵생물에 안전하고(GRAS) 무독성인 것으로 인식되어 세균성 시들음병을 포함한 작물 질병을 예방하고 치료하는 데 매력적인 선택이 됩니다.

파지의 장점에도 불구하고 파지 매개 생물학적 제어는 다양한 효능으로 인해 활용도가 낮습니다. 파지 생물학적 제어의 성공은 파지에 의한 박테리아 숙주 세포의 감염에 달려 있으며, 이는 pH, 이온 및 삼투압과 같은 여러 주변 요인에 의해 지배됩니다. 모든 미세환경에 영향을 미치는 요소는 온도입니다. 생물학적 제어에 사용되는 파지는 매일의 기후와 농업 분야의 계절적 변화로 인해 끊임없이 온도 변동을 경험합니다. 파지의 온도 의존성은 이전에 조사되었습니다. 그러나 파지 감염에 대한 온도의 정확한 역할은 불분명합니다. 일부 파지는 특정 허용 온도에서 더 잘 감염될 수 있습니다. Escherichia coli를 감염시키는 람다 파지와 Burkholderia pseudomallei를 감염시키는 파지는 숙주 세포를 더 효과적으로 감염시켰고 약 20-35°C보다 약 35-40°C에서 더 많은 자손 파지를 생산했습니다. ɸS1 파지에 의한 슈도모나스 플루오레센스의 세포 용해 연구는 37°C보다 26°C에서 더 높은 감염률을 보여주었습니다. 반면에 일부 파지는 온도에 둔감합니다. T4 미오바이러스 파지는 15~41°C의 온도 범위 내에서 E. coli BL21을 효과적으로 용해시켰습니다. Listeria monocytogenes를 감염시키는 P100 파지는 4~60°C에서 감염성을 유지했습니다25,26. 세균성 구내염을 일으키는 Pseudomonas syringae를 감염시키는 MR5 파지는 20, 27, 37°C에서 유사한 감염성을 나타냈습니다27. 온도가 파지 감염에 어떻게 영향을 미치는지 이해하면 온도 예측 데이터 및 감염과 결합하여 파지 생물학적 제어 사용에 대한 지침을 제공할 수 있습니다6,28. 따라서 우리는 생물학적 방제 사용에서 파지의 온도 역할을 해독하려고 시도합니다.