病毒的名字“virus”起源于拉丁文,意思是毒药和其他有毒的液体,这个最早的名称就表明virus在人们心目中是一种不好的事物。“virus”的中文翻译是“病毒”,也暗示着和疾病、毒物相关,听起来就让人敬而远之。病毒家族几个“流量明星”的大爆,比如艾滋病毒、流感病毒、乙肝病毒、SARS、埃博拉病毒等等,为病毒的恶名远扬推波助澜,仿佛它是十恶不赦的魔鬼,恨不能灭之而后快。
流感病毒(图片来源:Veer图库)
那么,“臭名昭著”的病毒家族真的都是恶棍吗?今天就给大家介绍病毒家族中特立独行的一位成员——噬菌体。
Part.1 意外发现——“吃”细菌的病毒
噬菌体是病毒家族的一个分支,有成千上万个不同的成员。它的独特之处在于可以感染细菌,通过寄生在细菌体内进行复制增殖,最终*死细菌,一种噬菌体只能感染一种细菌。和其他病毒一样,噬菌体也是由蛋白质包裹的外壳和内部的核酸两部分构成。
噬菌体的长相很奇特,有人认为它长得像外星人(图片来源:Veer图库)
噬菌体在1915年首次被细菌学家弗雷德里克·图尔特(Frederick T.wort)报道。他发现琼脂培养基上的部分细菌菌落变得透明,这样的菌落进一步培养时不能形成新的菌落,也就是细菌被*死了。
与此同时,在巴黎巴斯德所工作的加拿大细菌学家费利克斯· 德赫雷尔(Felix d’Herelle)在培养从痢疾患者的粪便中分离出的痢疾杆菌时,也在培养皿上发现了一些不长细菌的圆点。他猜测圆点里有某种颗粒*死了细菌。他把这些圆点称为噬斑,引起噬斑的颗粒称为噬菌体(bateriophage)。之后,由于噬菌体感染细菌的独特特性,其在生物领域的传奇故事就此揭开序幕。
噬菌体感染细菌的过程,主要有五步(来源: 参考资料1,本文作者进行了文字补充说明)
Part.2 噬菌体对抗超级细菌
顺着噬菌体可以感染细菌的思路,很容易就想到,很多疾病是细菌感染引起的,是不是可以“以毒攻毒”,用噬菌体来*细菌,达到治疗疾病的目的呢?治疗细菌感染的首选通常是抗生素,但是随着抗生素的滥用,耐药现象越来越常见,这让人们的注意力重新回到噬菌体身上。
那么如何利用噬菌体对抗超级细菌呢?
我们来看2019年《自然医学》杂志的一个案例报道。案例的主人公是一个15岁的少女,由于患有先天性肺囊性纤维化,肺功能持续下降,不得不进行肺移植。移植后的免疫抑制让本就有的感染炎症雪上加霜。体外培养发现是一种名为分枝杆菌的耐药菌种感染,尽管给予了患者强效治疗分枝杆菌的药物和抗生素,但是效果不好。
为此,医生不得不寻找新疗法,他们想到的就是用噬菌体治疗。
噬菌体治疗的第一步,是体外分离验证。他们培养从患者伤口分离的分枝杆菌,形成不同的菌落,一个菌落就是一类相同的分枝杆菌。之后选取从分枝杆菌中分离的大量噬菌体,一种一种进行共培养,看其是否可以感染菌落,结果从大约10000种噬菌体中找到三种噬菌体可以感染菌落1。
然后,需要通过基因改造技术提高它们的感染效率。
接下来,测试这三种噬菌体对其他菌落的感染效率,尽管发现并不是每一种噬菌体都能感染*灭所有的菌落,但是如果将三者连用,则可以*灭大部分分枝杆菌。这种噬菌体连用的疗法,被称为“鸡尾酒疗法”。
体外有效是万里长征的第一步,接下来就要进行体内验证了。
首先在患者手术伤口附近局部用药,确认没有过敏等不良反应后,改为局部加静脉注射。持续治疗6个月之后,患者的皮肤感染持续好转,肝功能和肺功能也持续好转,各项指标表明此次尝试的噬菌体疗法非常成功。
其实我们可以发现,筛选噬菌体的过程和噬菌体被发现的过程有异曲同工之妙,一种解药(噬菌体)配一种毒药(细菌),难点就是找到这个唯一的解药。面对越来越狡猾的超级细菌,噬菌体一度被认为是对抗细菌的终极武器。
国内也有利用噬菌体对抗超级细菌的报道。2017年上海还成立了“上海噬菌体与耐药研究所”,致力于研究利用噬菌体对抗耐药细菌引起的感染,期望在以后和耐药细菌的对抗中占据有利地位。