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中国农大团队发现噬菌体捕食促进抗生素抗性基因传播新机制

创作时间:
2025-01-22 03:37:21
作者:
@小白创作中心

中国农大团队发现噬菌体捕食促进抗生素抗性基因传播新机制

近日,中国农业大学王钢教授团队在Nature Communications上发表了一项关于噬菌体的新研究,揭示了噬菌体捕食活动如何重塑微生物群落的空间结构,加速抗生素抗性基因的传播。这项研究不仅深化了我们对生态系统动态平衡的理解,也对感染性疾病防控和生物技术创新具有重要意义。

噬菌体作为微生物生态系统的重要组成部分,其在环境胁迫下的适应策略和生态效应一直是科学家们关注的重点。此次研究为噬菌体疗法的应用提供了新的视角和理论依据。

噬菌体是地球上数量最庞大的生物群体之一,它们通过裂解宿主细胞直接影响微生物的数量,更可能通过重塑微生物群落的空间结构,间接促进或抑制抗生素抗性基因的扩散。

研究团队巧妙地采用了两种大肠杆菌菌株作为模型系统,通过精心设计的实验,证明了噬菌体捕食在微生物生长过程中不仅未减少微生物数量,反而通过减缓菌株间的空间分离,促进了细胞间的紧密接触。这种接触频率的增加,直接提升了接合作用介导的质粒转移效率,使得抗生素抗性基因得以在微生物群落中更广泛地传播。

该研究的核心机制在于,噬菌体的捕食行为改变了微生物群落的空间分布,将原本位于群落边缘、生长最为迅速的位置转移至相对较内的区域,形成了细胞密集且排列更为平行的空间结构。这种变化不仅减缓了不同菌株在空间上的分离速度,还在菌株间创造了更多直接接触的界面。这些界面在生长过程中减少了脱混现象,维持了种群间更高水平的空间混合度,从而为质粒的频繁转移提供了理想的环境。

这一发现不仅为噬菌体疗法的设计与应用风险提供理论参考,也为理解抗生素抗性基因在自然环境中的传播机制提供了重要的理论支撑。

噬菌体疗法作为应对抗生素耐药性感染的一种潜在解决方案,具有重要的公共卫生意义。尽管面临许多挑战,但通过多方协调努力,噬菌体疗法有望成为一种可行的治疗选择,以帮助克服抗生素耐药性危机。

噬菌体疗法的治疗范围广泛,包括肺部感染、尿路感染、心内膜炎和前列腺炎等。最常见的靶向细菌病原体包括大肠杆菌、粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌。这些细菌大多属于医院获得性感染的ESKAPE(粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属)组,显示出高水平的抗生素耐药性,许多在2024年WHO发布的细菌优先病原体名单中被列出。

噬菌体疗法一般有两种方法:一种是预定义的、成品的噬菌体疗法,包括一种或多种噬菌体菌株(非个性化噬菌体疗法);另一种是从现有噬菌体库中选择活性噬菌体,并专门为个别患者生产(个性化噬菌体疗法)。

在《自然微生物学》(Nature Microbiology)2024年6月刊中,Pirnay及其同事报道了首批100例个性化噬菌体疗法治疗细菌感染的回顾性观察分析。这些患者来自35家医院和12个国家,研究人员使用了43批噬菌体,通常与抗生素联合使用,显示出77.2%的病例有临床改善,61.3%的病例目标细菌被根除,且有7例疑似非严重药物不良反应。研究还表明,在没有同时使用抗生素的情况下,细菌根除的可能性降低了70%。

尽管个性化噬菌体疗法在降低细菌噬菌体耐药性方面比预定义的噬菌体鸡尾酒疗法更为有效,但从后勤角度来看,组织这种疗法非常具有挑战性。具体的噬菌体或细菌需要从噬菌体治疗中心发送或接收。此外,一些患者需要转移到特定的中心进行治疗。因此,未来的现代噬菌体疗法可能涉及无细胞和现场合成噬菌体生产。

然而,噬菌体疗法领域仍面临许多障碍。噬菌体鸡尾酒的开发标准缺乏,使得不同治疗和其结果难以比较。许多报告基于单个案例研究,通常作为最后一道治疗手段。这与其他抗菌治疗的评价形成对比,后者在试验期间不会用于难治性感染,或许给噬菌体疗法设定了不合理的高标准。此外,各国的监管和法律框架也缺乏一致性,尽管在某些方面已经取得了一些进展。例如,比利时在该研究背后的联盟位置,已经实施了一个可以由医院药剂师配制并按处方提供的噬菌体疗法框架,从而避免了某些监管要求,同时确保患者安全。

噬菌体疗法的开发显然需要多个利益相关者的协调努力,包括研究人员、临床医生、资助者、监管机构和政府。最近的一些重要举措有助于推动这一领域的发展。例如,美国食品和药物管理局(FDA)已经批准了多个噬菌体疗法的临床试验,欧洲也启动了多个相关的研究项目。此外,一些国际组织和基金会也开始资助噬菌体疗法的研究和开发,以应对抗生素耐药性这一全球性挑战。

随着研究的深入和技术的进步,噬菌体疗法有望在未来成为对抗抗生素耐药性感染的重要武器。王钢教授团队的这项研究为我们提供了新的视角和理论依据,为这一领域的进一步发展奠定了坚实的基础。

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