01 “同一健康”中的噬菌體 已知的每10種人類傳染病中，就有6種來源于動物。一些植物來源的細菌也威脅著人類健康?！巴唤】怠保╫ne health）理念認為人和動物以及周圍環(huán)境是相依相存，倡導將人類醫(yī)學、獸醫(yī)學和環(huán)境科學結(jié)合起來，才能達到人與動物與自然的和諧和健康。雖然微生物能夠通過基因突變或基因水平轉(zhuǎn)移等機制自然的獲得抗生素耐藥性，但抗生素濫用無疑加劇了微生物耐藥性問題，急需尋找新的替代療法。噬菌體自發(fā)現(xiàn)以來即被應用于治療或預防人類、動物等細菌感染或污染。以食品工業(yè)中的應用為例，噬菌體可用于食品加工的整個流程，包括植物種植、食品加工、運輸、甚至是延長食品保質(zhì)期。事實上，美國食品和藥物管理局（FDA）已批準多個應用于食品的噬菌體產(chǎn)品。因此，噬菌體應用非常貼切“同一健康”理念，可在植物、動物、食品、人類醫(yī)療等多個維度控制細菌病原體，緩解抗生素的過度使用和抗生素耐藥性向人類的傳播。 02 噬菌體治療中的新策略 噬菌體與抗生素 在針對生成復雜的生物膜群落時，噬菌體與其他藥物聯(lián)合使用控制細菌感染的效果可能會更好。這些聯(lián)合療法針對不同作用模式的藥物的耐藥性，目前效果最明顯的組合是噬菌體和抗生素的結(jié)合(圖1)。當同時使用噬菌體和抗生素時，它們顯示出協(xié)同效應和有效性。研究表明應用噬菌體反復治療可能導致生物被膜的增加，而噬菌體和抗生素的聯(lián)合使用可以根除生物被膜。其中一種或兩種藥物引起的生物膜結(jié)構(gòu)變化可能是藥效增強的原因。例如，噬菌體可以通過破壞細菌外部結(jié)構(gòu)，改善它們內(nèi)部的代謝狀態(tài)，使細菌對噬菌體和某些抗生素更敏感?？股乇旧硪部赡芤鹕锬そY(jié)構(gòu)的改變，從而增加噬菌體對生物 膜的侵襲能力。 圖片 圖1 噬菌圖與抗生素聯(lián)合應用 抗生素和噬菌體之間的協(xié)同作用并不適用于所有噬菌體-抗生素組合。高劑量的抗生素也會抑制噬菌體的繁殖。當使用針對細菌蛋白質(zhì)合成的抗生素時，這一點尤其明顯。但在某些情況下，即使沒有觀察到抗菌活性的協(xié)同作用，噬菌體和抗生素的聯(lián)合使用也顯著地減少甚至阻止了抗生素和噬菌體抗藥性細菌的發(fā)展。 這一方法成功地挽救了一例因肺炎支原體引起的人工血管移植物慢性感染的患者。在治療銅綠假單胞菌感染過程中，與外排泵蛋白結(jié)合的噬菌體OMKO1和頭孢他啶聯(lián)合使用；噬菌體耐藥性的進化導致抗生素敏感性的增加，感染得到控制。這樣的方法不僅有效，而且延長了目前抗生素的使用壽命。 噬菌體與酶 噬菌體也可以與酶聯(lián)合給藥以提高活性。例如，解聚酶可以與不表達解聚酶的噬菌體一起使用，以提高它們對生物被膜的活性。DNA酶也可以與噬菌體結(jié)合使用來降解生物膜基質(zhì)中的DNA成分并提高噬菌體的活性。其他研究表明將噬菌體分別與氯、三氯生、洗必泰、過氧化氫、硫酸鈷、木糖醇、蜂蜜和益生菌等聯(lián)合使用也得到了很好的效果。 基因工程改造噬菌體 通過對噬菌體基因組的修飾來改善噬菌體治療效果的方法也在探索中 (圖2)。合成生物學領(lǐng)域的最新進展推動了這種方法的發(fā)展，現(xiàn)在有許多技術(shù)可用于工程噬菌體基因組的改造。 圖片 圖2 利用合成生物學工具來設(shè)計具有改進特征的噬菌體 雖然噬菌體的高度宿主特異性有利于防止有益菌的靶向，但這也意味著使用單一噬菌體幾乎不可能攻擊給定物種內(nèi)的所有菌株。因此，擴大噬菌體的宿主范圍是噬菌體治療的主要目標。已有研究在不同家族的噬菌體之間交換了受體結(jié)合蛋白基因，成功地交換了噬菌體的宿主范圍。同時將異源受體結(jié)合域融合到噬菌體的受體結(jié)合蛋白上，從而增加噬菌體的宿主范圍。 噬菌體也可以被設(shè)計來運送特定的物質(zhì)，以增強噬菌體的抗菌活性。例如，分散素B和乳糖酶等已經(jīng)被改造到噬菌體T7上以增加噬菌體抵抗生物膜的活性。分散素B是一種糖苷水解酶，在T7感染期間高水平表達，并在細菌裂解時釋放到生物膜環(huán)境中，增加了噬菌體從生物膜中去除細菌和基質(zhì)的效率。內(nèi)酰胺酶也被改造到噬菌體T7中，通過干擾細菌的群體感應，利用其滅活群體感應?；呓z氨酸內(nèi)酯的能力。群體感應分子的失活干擾生物膜的形成，提高了噬菌體對生物膜控制的能力。在多物種生物膜中，其中一個物種的群體感應分子也會增加第二個物種生物被膜的形成，而內(nèi)酰胺酶對分子的抑制減少了兩個物種的生物被膜的形成。因此，這可能是未來對抗多物種生物被膜的一種替代療法。 雖然大多數(shù)的基因改造工程都集中在裂解噬菌體上，但少數(shù)溫和噬菌體也被用于以噬菌體治療為目的的工程實驗對象。通過敲除負責溶源的基因組模塊使溫和噬菌體成為裂解噬菌體，這種方法可以豐富用于治療目的的噬菌體的數(shù)量和多樣性。 最近使用了一種由一個天然裂解噬菌體和兩個基因工程改造后的溫和噬菌體組成的雞尾酒成功地治療了一例15歲的囊性纖維化合并播散性膿腫分枝桿菌感染的患者。雞尾酒通過靜脈注射方式給藥，并且耐受性良好。由于轉(zhuǎn)基因生物固有的倫理問題，工程噬菌體不容易被接受用于噬菌體治療，但這一案例研究清楚地表明，基因工程方法是有用的。通過減少或消除由溫和噬菌體介導的細菌遺傳信息(例如毒力相關(guān)基因)的轉(zhuǎn)導風險，在噬菌體治療中使用基因工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為裂解形式的溫和噬菌體，增加了可用于治療的噬菌體的數(shù)量。 溫和噬菌體也被設(shè)計用來傳遞合成的基因，利用它們的天然能力整合到宿主細菌的染色體上。通過編碼抗生素敏感基因或逆轉(zhuǎn)細菌抗生素耐藥性的CRISPR-Cas系統(tǒng)，噬菌體可作為抗生素的佐劑。 總體而言，基因編輯可能會改善噬菌體的抗菌性能，并創(chuàng)造出對抗細菌感染的創(chuàng)新策略。對噬菌體基因組進行遺傳操作的后果應當仔細考慮，但噬菌體工程策略應該被有效地視為一種治療選擇。 參考文獻 [1]Pires, D. P., Costa, A. R., Pinto, G., Meneses, L. & Azeredo, J. Current challenges and future opportunities of phage therapy. FEMS Microbiol Rev, 2020, 44(6):684-700. [2]Dedrick, R. M. et al. Engineered bacteriophages for treatment of a patient with a disseminated drug-resistant Mycobacterium abscessus. Nat Med, 2019, 25(5):730-733. [3]Monteiro, R., Pires, D. P., Costa, A. R. & Azeredo, J. Phage Therapy: Going Temperate? Trends Microbiol, 2019, 27(4):368-378. [4]Kilcher, S., Studer, P., Muessner, C., Klumpp, J. & Loessner, M. J. Cross-genus rebooting of custom-made, synthetic bacteriophage genomes in L-form bacteria. Proc Natl Acad Sci U S A, 2018, 115(3):567-572. [5]Henriksen, K. et al. P. aeruginosa flow-cell biofilms are enhanced by repeated phage treatments but can be eradicated by phage-ciprofloxacin combination. Pathog Dis, 2019, 77(2). [6]Luong, T., Salabarria, A. C. & Roach, D. R. Phage Therapy in the Resistance Era: Where Do We Stand and Where Are We Going? Clin Ther, 2020, 42(9):1659-1680.