尽管抗生素极大地改变了细菌感染的治疗格局，但耐药性的持续蔓延正迫使科研领域寻找新的替代策略。噬菌体作为一种能特异性识别并裂解宿主细菌的病毒，被视为应对耐药菌感染的重要潜在手段。近期，研究团队以能够识别并附着细菌鞭毛的噬鞭毛噬菌体7-7-1为对象，系统解析了其从“发现宿主”到“发起感染”的关键结构特征与早期附着机制，为理解噬菌体感染逻辑及开发针对植物致病菌（农杆菌Agrobacteriumsp.H13-3）的新型生物防治策略提供了重要依据。

为深入揭示噬鞭毛噬菌体7-7-1的独特结构和感染机理，西安交通大学联合荷兰莱顿大学、美国弗吉尼亚理工大学与法国巴斯德研究所等单位，综合运用冷冻电镜单颗粒分析（SPA）、冷冻电子断层扫描（Cryo-ET）及机器学习建模等多种前沿技术，实现了对噬菌体7-7-1衣壳、颈部、尾部及基板复合体的高分辨率结构解析，并原位揭示了其与宿主细菌鞭毛之间的早期接触和附着全过程。

利用冷冻电镜单颗粒分析方法，研究团队首先构建了噬菌体7-7-1的完整衣壳结构，发现其每个五聚体顶点均延伸出一根柔性的衣壳纤维，整体呈现出独特的“多臂”形态。进一步的结构分析表明，装饰蛋白与两类连接蛋白在衣壳六聚体和五聚体区域呈现出不同的组装模式；其中，含免疫球蛋白样结构域（Ig-type）的连接蛋白可能充当“锚点”，为衣壳纤维的起始搭接奠定了结构基础。

此外，研究还获得了噬菌体7-7-1颈部、尾部和基板各部分的高分辨重构模型。颈部由门户蛋白、项圈蛋白与两级颈部蛋白协同构成“对称桥”，实现了从二十面体衣壳到六重对称尾部装置的平滑结构过渡；尾部由提供机械收缩力的外鞘和形成基因组注入通道的内管组成；基板内核与楔形单元、长/短尾纤维及“花环”蛋白共同构成了识别-锁定-触发收缩的关键终端，负责受体结合以及感染过程的触发与启动。

团队进一步运用冷冻电子断层扫描技术，对感染状态下的噬菌体7-7-1及其宿主细菌进行了原位成像。观察发现，噬菌体7-7-1能利用衣壳纤维主动触达并缠绕宿主鞭毛，进而完成与细胞表面受体的稳定结合。值得注意的是，单根鞭毛上常观察到多颗噬菌体附着，且衣壳纤维间存在互相牵连，提示该噬菌体可能存在“协同感染”机制。为量化这一“柔性多臂缠绕模式”，团队训练了基于混合尺度神经网络的三维分割模型，实现了对尾纤维的自动追踪与几何建模，证明噬菌体在早期感染阶段可通过长距离纤维维持对鞭毛的稳定附着。

该研究首次系统揭示了噬鞭毛噬菌体7-7-1独特的衣壳纤维结构形态及其在初始识别阶段的功能，构建了从“衣壳—颈部—尾部—基板”到“缠绕鞭毛—二次受体结合”的结构-功能研究范式。这不仅为理解噬菌体的远程识别能力、力学耐受特性及潜在的协同感染策略提供了新的结构生物学证据，也为未来面向耐药菌的噬菌体疗法设计提供了具有价值的参考。

该研究成果以“Insights into the structure and initial host attachment of the flagellotropic bacteriophage 7-7-1”为题，于12月6日发表于Nature旗下期刊 《Communications Biology》（中科院1区，TOP）。西安交通大学物理学院助理教授欧阳若晨为共同第一作者，法国巴斯德研究所ArianeBriegel教授为通讯作者，美国弗吉尼亚理工大学BirgitE.Scharf教授、莱顿大学WillemNoteborn研究员等人参与了本项研究。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-025-09319-7