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噬菌体鸡尾酒:对抗耐药菌的新希望

秦虹
录入时间:2025/8/29 9:43:52 来源:青岛海博生物

  噬菌体鸡尾酒疗法是一种通过混合多种噬菌体(感染细菌的病毒)治疗细菌感染的方法,旨在针对性杀灭耐药菌或特定致病菌,同时降低细菌产生耐药性的风险。其核心原理是借助噬菌体的宿主特异性,精准破坏目标细菌,并利用多噬菌体组合扩大抗菌谱、提升疗效。

  在现代医学的进程中,耐药菌感染已演变成一个全球性的棘手难题。传统抗生素的过度使用与滥用,促使细菌耐药性持续增强,众多曾经疗效显著的抗生素,如今在面对耐药菌时逐渐力不从心。在这一严峻形势下,噬菌体鸡尾酒疗法崭露头角,为解决耐药菌问题带来了新的曙光。


一、噬菌体:细菌的“天敌”

  噬菌体,作为一类专门侵袭细菌的病毒,广泛存在于自然界中,与细菌共同经历了漫长的进化历程。其结构相对简单,主要由蛋白质外壳和内部的遗传物质构成。噬菌体对细菌的作用机制独特而高效,当噬菌体与特定的细菌相遇时,它会精准地吸附于细菌表面,然后将自身的核酸注入细菌体内。此后,噬菌体利用细菌细胞内的物质和能量,按照自身的遗传信息进行大量的自我复制与组装。随着子代噬菌体数量的不断增多,细菌细胞最终会因不堪重负而裂解,释放出大量新合成的子代噬菌体,这些子代噬菌体又会继续寻找并感染周围的细菌,从而实现对细菌群体的持续打击。


二、噬菌体鸡尾酒疗法的诞生背景

  单一噬菌体在应用中存在诸多局限性。一方面,噬菌体具有高度的宿主特异性,一种噬菌体往往只能针对某一种或几种特定的细菌菌株发挥作用,这就导致其抗菌谱相对较窄。在实际的感染环境中,尤其是当患者感染了多种不同类型的细菌,或者细菌发生了变异时,单一噬菌体难以全面有效地控制感染。另一方面,细菌在受到噬菌体攻击时,容易通过基因突变或其他机制产生对噬菌体的抗性,使得噬菌体的治疗效果大打折扣。

  为了克服这些问题,噬菌体鸡尾酒疗法应运而生。这一疗法借鉴了鸡尾酒的调配理念,将多种具有不同抗菌谱的噬菌体制成混合制剂。通过合理组合不同的噬菌体,使它们能够协同作用,共同应对复杂多变的细菌感染环境,从而有效扩大抗菌谱,增强对多种细菌的杀灭能力,同时还能在一定程度上减少细菌产生噬菌体抗性的风险。


三、噬菌体鸡尾酒疗法的作用机制

(1)扩大抗菌谱

  不同的噬菌体识别并结合细菌表面不同的受体,这使得多种噬菌体组成的鸡尾酒制剂能够针对不同类型的细菌,甚至是同一细菌的不同菌株发挥作用。例如,在针对铜绿假单胞菌的治疗中,有的噬菌体能够识别细菌表面的脂多糖受体,有的则针对菌毛等其他受体。当这些噬菌体混合在一起时,就能够覆盖更多不同表型的铜绿假单胞菌,大大提高了对该细菌的整体杀伤效果。

(2)降低细菌抗性产生的概率

  当细菌面对单一噬菌体的攻击时,相对容易通过改变自身表面受体等方式来逃避噬菌体的识别与感染,从而产生抗性。然而,在噬菌体鸡尾酒疗法中,由于多种噬菌体同时作用,细菌若要对所有噬菌体产生抗性,就需要同时发生多个不同的基因突变,以改变多种不同的受体。这种情况发生的概率极低,因为多个基因突变同时出现并使细菌在保持生存能力的前提下获得抗性,对于细菌而言是非常困难的。例如,在一项针对肺炎克雷伯菌的研究中,单独使用一种噬菌体时,细菌很快就产生了抗性;而当使用包含多种噬菌体的鸡尾酒制剂时,经过长时间的观察,细菌产生抗性的比例显著降低。

(3)协同增效作用

  噬菌体鸡尾酒中的不同噬菌体之间可能存在协同增效的关系。某些噬菌体在感染细菌后,可能会改变细菌的生理状态,使其更容易受到其他噬菌体的攻击。例如,有的噬菌体能够破坏细菌的细胞壁结构,使得原本难以进入细菌细胞的其他噬菌体更容易突破细胞壁,从而增强了整体的裂解细菌能力。此外,不同噬菌体在感染细菌的过程中,可能会引发细菌细胞内不同的应激反应,这些反应之间相互影响,进一步削弱细菌的生存能力,提高了对细菌的杀灭效率。


四、噬菌体鸡尾酒疗法在临床医疗领域的应用实例

  在医院中,耐药菌感染尤其是院内感染给患者的治疗带来了极大的挑战。例如,对于囊性纤维化患者,他们常常受到多种耐药表型的铜绿假单胞菌的肺部感染。解放军总医院的呼吸与危重症医学部曾遇到这样一位患者,解立新主任详细比较患者治疗过程中例次痰培养病原菌药敏结果及影像检查资料后,建议采用噬菌体鸡尾酒雾化吸入治疗。医学部的张伟华副主任医师带领噬菌体治疗小组,在噬菌体生物资源库中进行广泛的敏感噬菌体株筛选,并通过噬菌体—宿主共进化,培养出可裂解粘液型铜绿假单胞菌的噬菌体,为患者成功配制了多套噬菌体鸡尾酒并进行雾化治疗,取得了良好的治疗效果。

  在另一案例中,一名感染了碳青霉烯耐药的高毒力肺炎克雷伯菌(CR-hvKp)的患者,由于该细菌对多种抗生素耐药,治疗陷入困境。中国科学院微生物研究所的研究团队针对此情况,构建了一种特殊的噬菌体鸡尾酒。通过抗性进化实验,他们发现该噬菌体鸡尾酒的抗性机制源于细菌表面受体的动态变化,利用这种特性配制的噬菌体鸡尾酒,在动物感染模型实验中,使感染组小鼠的存活率从仅33%(感染未治疗组)提高到了100%,显著减轻了CR-hvKp对小鼠的感染,显示出了在临床治疗中的巨大潜力。


五、噬菌体鸡尾酒疗法面临的挑战与未来展望

  尽管噬菌体鸡尾酒疗法展现出了巨大的潜力,但在实际应用中仍面临一些挑战。首先,噬菌体的筛选和制备过程较为复杂,需要耗费大量的时间和精力。要找到针对特定耐药菌的有效噬菌体,并将它们合理组合成鸡尾酒制剂,需要建立庞大的噬菌体资源库以及高效的筛选技术体系。其次,噬菌体鸡尾酒的质量控制和标准化也是一个难题。由于不同来源的噬菌体在生物学特性、稳定性等方面可能存在差异,如何确保每一批次的噬菌体鸡尾酒产品都具有一致的质量和疗效,是需要解决的关键问题。

  然而,随着科技的不断进步,这些问题有望逐步得到解决。一方面,基因编辑技术的发展为改造噬菌体提供了新的手段。通过基因编辑,可以优化噬菌体的特性,如拓宽宿主谱、增强裂解能力、提高稳定性等,从而进一步提高噬菌体鸡尾酒疗法的效果。另一方面,高通量筛选技术和人工智能技术的应用,能够加速噬菌体的筛选过程,提高筛选效率,降低筛选成本。未来,随着对噬菌体生物学特性的深入理解和相关技术的不断完善,噬菌体鸡尾酒疗法有望成为对抗耐药菌感染的重要常规手段,在临床医疗、农业养殖、环境保护等多个领域发挥更大的作用,为人类健康和生态环境的保护做出重要贡献。


注:本文属海博生物原创,未经允许不得转载。

 

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