隨著抗生素耐藥問題日益嚴峻，噬菌體憑藉高度特異的宿主識別特性，成為精準抗菌策略的重要研發載體。噬菌體在細菌群落中存在激烈的生存競爭，目前學界已大量報導細菌編碼的胞內抗噬菌體防禦系統，但噬菌體自身在宿主細胞膜表面保護子代病毒的競爭機制仍缺少系統解析。傳統基因篩選手段更易富集胞內、溶原期表達的抗性因子，往往會忽略侵染過程中結合宿主膜受體的噬菌體膜蛋白，相關表面防禦通路長期存在研究空白。

大健康學院葛霄飛助理教授課題組長期聚焦噬菌體、細菌素等新型抗菌元件的結構生物學機制，圍繞 λ 噬菌體的衣殼、尾部、受體識別系統開展了系統性研究，前期已完整解析 λ 噬菌體識別宿主受體的分子基礎，為挖掘噬菌體胞外競爭因子奠定了紮實的研究基礎。

7 月 17 日，大健康學院葛霄飛助理教授與清華大學王佳偉副教授在《Cell Reports》發表題為 A receptor-centered approach identifies Lom as a LamB-bound superinfection exclusion factor in bacteriophage λ 的研究論文。該研究建立一套以受體為核心的捕獲鑒定體系，直接捕捉侵染過程中與宿主天然外膜受體 LamB 互作的噬菌體蛋白，藉助冷凍電鏡結構解析、生化互作檢測與體內侵染功能實驗，鑒定得到 λ 噬菌體編碼的外膜蛋白 Lom，並完整闡明 Lom 通過受體占位介導超感染排斥的全新作用機理。

λ 噬菌體作為模式系統已被研究了將近一個世紀，其基因組中絕大多數基因的功能已被逐一解析，Lom 雖早被注釋為外膜粘附蛋白，但長久以來其與宿主受體的互作關係、在噬菌體生存競爭中的核心生理功能始終未被發現。本研究開發的受體導向全新篩選策略跳出傳統正向遺傳篩選的侷限，直擊侵染過程中瞬時發生的膜受體互作事件，成功挖掘出百年經典 λ 噬菌體基因組中未被揭示的關鍵功能蛋白，為挖掘模式微生物中被長期忽略的隱性功能基因提供了顛覆性研究範式。不同於以往僅聚焦胞內免疫通路的研究思路，本工作首次在 λ 噬菌體中鑒定出受體層面的胞外超感染排斥機制，完善了噬菌體分層防禦理論，同時跨噬菌體同源蛋白分析證明該機制具有廣泛保守性，極大拓展了胞外抗噬菌體元件的研究邊界，為噬菌體工程、新型抗菌生物技術開發提供全新靶點與理論支撐。

研究團隊構建攜帶 Strep 標籤 LamB 的大腸桿菌菌株，高 MOI 侵染 λ 噬菌體後，經膜溶解、親和純化與分子篩層析獲得均一 LamB 蛋白複合物。SDS-PAGE、質譜與冷凍電鏡三維重構結果共同證實，複合物中穩定存在分子量約 20–25 kDa 的噬菌體蛋白 Lom，Lom 與 LamB 三聚體形成 2:3 結合比例的穩定複合物。Lom 單體由八股反向平行 β 桶構成膜錨定骨架，兩段胞外延伸 β 髮夾折疊形成突出的蓋子結構域，是發揮阻斷侵染功能的核心元件（圖 1）。

圖 1. Lom–LamB 結構

將 Lom–LamB 複合物結構與 λ 噬菌體受體結合蛋白 gpJ–LamB 複合物進行結構疊加比對，結果顯示 Lom 胞外蓋子結構域（140–150 位氨基酸）與 gpJ 識別 LamB 的結合口袋完全重疊，二者存在直接空間位阻。團隊構建蓋子截短突變體 LomΔ140–150 開展功能驗證，突變體仍可正常結合 LamB，但徹底喪失抵禦噬菌體侵染的活性；負染電鏡成像清晰可見，表達突變 Lom 的細胞表面大量吸附 λ 噬菌體顆粒，直接證實蓋子結構是實現受體占位、抑制噬菌體吸附的必需結構單元。

圖 2. Lom 阻礙噬菌體結合

Lom 依靠膜嵌入 β 桶錨定於單個 LamB 單體，β3–β6 片層橋接相鄰 LamB 亞基，通過多個氨基酸位點形成分布式氫鍵網路穩定複合物介面，其中 Y204 殘基尤為關鍵。

圖 3. Lom 與 LamB 結合介面的分析

核糖體圖譜分析顯示 lom 基因具備雙階段時序表達特徵，裂解早期維持低水平翻譯，侵染 20 分鐘後的裂解晚期表達量顯著上調，與子代噬菌體組裝釋放高峰期同步；同時該基因在溶原狀態下持續本底表達。這種獨特的時序調控賦予 Lom 雙重生理功能，裂解期封閉宿主 LamB 受體，避免新生子代病毒發生無效吸附；溶原菌依靠 Lom 持續占據膜受體，抵禦同源噬菌體超感染。

區別於經典胞內抗噬菌體系統，Lom 作用於噬菌體侵染最早期的膜吸附階段，不會破壞宿主細胞代謝、不降解病毒核酸，僅依靠物理空間占位阻斷受體識別，是低宿主毒性的全新胞外防禦通路。Foldseek 結構檢索結果顯示，大量不同來源、溫和噬菌體中存在結構同源的 Lom 樣膜蛋白，即便序列相似度極低，均保留 β 桶骨架與胞外封閉蓋子核心結構，說明噬菌體膜蛋白占位宿主受體是廣泛保守的生存競爭策略。

本研究建立的受體導向蛋白捕獲策略，彌補了傳統遺傳篩選的短板，可直接捕捉侵染瞬時發生的病毒—宿主受體互作蛋白，為系統挖掘噬菌體、細菌素膜表面互作因子、開發新型抗病毒模組提供標準化技術框架，對噬菌體工程改造、可程式化抗菌生物技術發展具有重要指導意義。

論文第一作者、共同通訊作者葛霄飛為澳門城市大學大健康學院助理教授；清華大學生命科學學院、北京生物結構前沿研究中心王佳偉副教授為本文通訊作者；清華大學生命科學學院 2022 級博士生顧志煒參與了本課題工作。本研究冷凍電鏡數據採集依託國家蛋白質科學研究（北京）清華大學分中心冷凍電鏡平臺與生物計算集群，研究工作獲得澳門科學技術發展基金（FDCT）、國家自然科學基金、北京市自然科學基金共同資助。

葛霄飛助理教授課題組相關研究列表

1. Wang C, Duan J, Gu Z, Ge X, Zeng J. Architecture of the bacteriophage lambda tail. Structure. 2024 Jan 4;32(1):35-46.e3. doi: 10.1016/j.str.2023.10.006. Epub 2023 Nov 1. PMID: 37918400.

2. Ge X, Wang J. Structural mechanism of bacteriophage lambda tail's interaction with the bacterial receptor. Nat Commun. 2024 May 17;15(1):4185. doi: 10.1038/s41467-024-48686-3. PMID: 38760367; PMCID: PMC11101478.

3. Gu, Z., Ge, X. & Wang, J. Structure of an F-type phage tail-like bacteriocin from Listeria monocytogenes. Nat Commun 16, 1695 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57075-3

4. Deng T, Ge X, Wang J. Structures of λ-like phage A8 tail tip bound to OmpC provide insight into receptor recognition. Structure. 2026. 10.1016/j.str.2026.02.002.

5. Ge X, Gu Z, Wang J. Structural mechanisms of pump assembly and drug transport in the AcrAB–TolC efflux system. eLife, 2026, 14: RP109684. https://doi.org/10.7554/eLife.109684.3