噬菌体通过特异性受体感染细菌，同种细菌的不同菌株是否具有特定受体、以及受体突变是细菌逃避噬菌体感染的重要机制。根据噬菌体敏感性、可对细菌分出不同亚型。早在七十年代，高守一院士带领研究组建立了针对霍乱第七次大流行菌株的“噬菌体-生物分型”方案，将霍乱弧菌分成流行株和非流行株两类菌株，对分离菌株的潜在致流行性具有重要的鉴定和预警意义。其中噬菌体分型是利用五株分型噬菌体（VP1-VP5）、将第七次全球大流行的O1群ElTor生物型霍乱弧菌分为32个噬菌体型。腹泻病组开展了霍乱弧菌分型噬菌体识别受体的发现及其突变导致形成抗性菌株的研究，发现一种在细菌中很罕见的多聚谷氨酰胺（polyQ）蛋白作为分型噬菌体VP1受体感染霍乱弧菌的机制。
在本研究中，研究组采取了自发抗性株诱导、突变株基因组测序比较识别突变位点、筛选抗性相关候选基因、深入功能研究的策略。这一方案明显提高了候选受体基因以及相关抗性基因的筛选效率，与既往应用的构建转座子突变库筛选抗性株和抗性相关基因相比、大大减轻了实验工作量。
研究组鉴定到一个具有多聚谷氨酰胺（polyQ）结构域的蛋白基因突变可使菌株产生对噬菌体VP1感染的抗性，将该基因命名为vcpQ（V.choleraepolyQ）。VP1敏感的菌株中该蛋白具有罕见的46个Q残基串联重复，在VP1自发抗性突变株中该区域发生Q残基减少。已知人类具有polyQ蛋白家族，polyQ区域中该氨基酸数量变化可引起人类神经退行性病变，导致亨廷顿舞蹈症等，但在细菌中此类蛋白非常罕见，目前功能未知。研究组对霍乱弧菌中该蛋白进行了膜定位分析，通过细菌腺苷酸环化酶双杂交系统证实VcpQ蛋白自身可相互作用，并明确了其以三聚体形式发挥膜蛋白功能。
霍乱弧菌VcpQ蛋白结构域，显示多聚Q区域位置。实验证实该蛋白的膜定位、以及形成三聚体形式。
通过噬菌体吸附分析和激光共聚焦显微镜观察，发现缺失vcpQ或缺失部分Q残基的抗性菌株失去了结合VP1的能力，含有VcpQ的外膜提取物对VP1感染具有封阻作用，证明了VcpQ作为受体与VP1相互作用，并定位polyQ区域是其与VP1互作的关键区域。通过对自然分离的霍乱弧菌VP1敏感株和抗性株的VcpQ蛋白序列比较，发现分析的VP1天然抗性菌株中有72%的菌株在该蛋白polyQ区域Q的数量少于46个，有意思的是均以偶数数量减少。随机挑选四种不同类型的VcpQ突变基因回补到vcpQ缺失株内，均不能让菌株重新获得对噬菌体的敏感性。实验显示蛋白polyQ区域Q数量的减少并不影响VcpQ膜定位及多聚体形成，但会导致菌株失去对VP1的敏感性。
噬菌体VP1通过VcpQ与霍乱弧菌结合，提取的含VcpQ的外膜成分也能中和VP1的感染。
霍乱弧菌VP1天然抗性株的VcpQ含有多种不同数量的Q缺失。
这项研究揭示了polyQ蛋白VcpQ作为受体介导了噬菌体VP1特异吸附至霍乱弧菌，polyQ区域Q数量的缺失突变是天然抗性菌株对VP1抗性的主要原因。实际上基因中这类大量重复的碱基排列、会有较高概率在DNA复制时产生缺失错误。抗性菌株的噬菌体受体产生了变异，使得它们能够在含有VP1及其近缘噬菌体的环境中依然生存，获得生长竞争优势。该研究也从分子生物学角度，对以霍乱弧菌噬菌体-生物分型为依据的两类菌株分型理论中VP1的感染分型基础进行了解释，并进一步鉴定到霍乱弧菌自然分离菌株VcpQ基因突变及其生物学意义。
该文发表在年3月JournalofVirology，樊粉霞副研究员为文章第一作者，阚飙研究员为责任作者，其他作者包括李臻鹏、王嘉正、刁保卫、梁未丽。
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