Nat Commun：重大进展！首次发现可以感染休眠细菌的噬菌体

在自然界中，大多数细菌仅靠最低限度的营养维持生命。如果缺乏营养或遭受应激，它们就会有控制地关闭代谢，进入休眠状态。在这种休眠状态下，某些代谢过程仍在进行，使这些微生物能够感知环境并对刺激做出反应，但生长和分裂被暂停。

这也保护了细菌免受抗生素或专门捕食细菌的病毒的侵害。这类感染细菌的病毒被称为噬菌体，被认为是抗生素的一种可能替代品，而抗生素由于抗药性的存在已不再（充分）有效。迄今为止，专家们一致认为，噬菌体只有在细菌生长时才能成功感染细菌。

来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员自问，进化是否可能产生专门针对休眠细菌的噬菌体，并可用于靶向细菌。他们于 2018 年开始寻找。如今，他们在一项新的研究中发现，这类噬菌体虽然罕见，但确实存在。相关研究结果于2014年1月2日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Phage Paride can kill dormant, antibiotic-tolerant cells of Pseudomonas aeruginosa by direct lytic replication”。

堆肥堆中的幸运发现

当苏黎世联邦理工学院教授Alexander Harms和他的团队于 2018 年开始他们的项目时，他们以为在第一年内就能分离出大约 20 种可以攻击休眠细菌的不同噬菌体。但事实并非如此：直到 2019 年，Harms的博士生Enea Maffei才分离出一种以前未知的新病毒。这种病毒是从瑞士里恩市（巴塞尔-施塔特州）附近一个墓地的腐烂植物材料中发现的，它可以感染并消灭休眠细菌。Maffei 说，“这是文献中描述的第一种能攻击休眠细菌的噬菌体。”Harms补充道，“然而，鉴于噬菌体的数量巨大，我一直坚信，进化过程中一定会产生一些能够攻击休眠细菌的噬菌体。”他们将这种新的噬菌体命名为 Paride。

对广泛存在的细菌有活性

这些作者发现的噬菌体可感染铜绿假单胞菌，即一种常见于许多环境中的细菌。该细菌的多种菌株在水体、植物、土壤和人体内定殖。在人体内，某些菌株可引起严重的呼吸道疾病，如肺炎，严重时可导致死亡。

然而，人们还不清楚这种新型噬菌体如何出其不意地消灭休眠的铜绿假单胞菌。他们猜测，这种病毒使用了一种特殊的分子钥匙来唤醒这种细菌，然后劫持它的细胞增殖机制来进行自身增殖。不过，人们还无法弄清这究竟是如何实现的。

因此，这些作者的目标是阐明这种唤醒机制的基因或分子。在此基础上，他们可以在试管中开发能够接管这种唤醒过程的物质。然后，这种物质可以与合适的抗生素结合使用，从而彻底消灭细菌。Harms 说，“不过我们才刚刚开始。我们可以肯定的是，我们几乎一无所知。”

初步测试显示效果

为了测试 Paride 噬菌体的功效，这些作者将它与一种名为美罗培南（meropenem）的抗生素配对使用。这种抗生素会破坏细胞壁的合成，因此它只能干扰不会损害噬菌体的细胞过程。这种抗生素对休眠细菌没有影响，因为这些细菌不会合成新的细胞壁。

Paride是一种新的铜绿假单胞菌噬菌体，可以在深度休眠的宿主细胞上复制。图片来自Nature Communications, 2024, doi:10.1038/s41467-​023-44157-3

在细胞培养皿中进行测试时，这种新的噬菌体能够杀死 99% 的休眠细菌，但只有 1% 的细菌存活。只有Paride 噬菌体和美罗培南的组合使用才能完全消灭细菌培养物，尽管后者本身没有任何可检测到的效果。

在与巴塞尔大学医院医生Nina Khanna合作进行的另一项实验中，Maffei在患有慢性感染的小鼠身上测试了这种组合。无论是单独使用这种噬菌体还是这种抗生素，在小鼠身上的效果都不是特别好，但事实证实，这种噬菌体和抗生素之间的相互作用在活的有机体内也非常有效。Maffei说，“这表明，我们的发现不仅仅是实验室的假象，也可能具有临床意义。”

一线希望---但绝非仅此而已？

多年来，专家们一直在深入讨论噬菌体疗法。科学家们都希望有一天能用噬菌体来替代已经失效的抗生素。然而，由于尚未进行过任何全面的研究，因此仍然缺乏广泛的应用。Harms说，“我们目前所呈现的大多是个案研究。”

瑞士阿斯特里德王后军事医院的研究人员进行的研究已表明，这种疗法改善了四分之三患者的病情，并能消灭 61% 的细菌。不过，这也意味着，十名患者中有四名无法通过噬菌体疗法清除致病菌，尽管这些细菌在实验室中对噬菌体敏感。Harms说，“这可能是因为体内许多细菌处于休眠状态，尤其是在慢性感染的情况下，因此噬菌体无法穿透它们。”休眠细菌也可能在感染非耐药菌株时发挥重要作用。

Harms解释道，“在感染的情况下，这意味着了解相关细菌的生理状态非常重要。这样就可以有针对性地使用正确的噬菌体和抗生素。然而，在选择合适的噬菌体进行特定治疗之前，你需要确切地知道噬菌体是如何攻击细菌的。由于我们对噬菌体的了解还太少，所以还没有做到这一点。”

这就是为什么在未来几年里，这些作者将精确研究这种新的噬菌体如何让细菌从沉睡中苏醒、感染它们并使它们对抗生素产生易感性。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Enea Maffei et al. Phage Paride can kill dormant, antibiotic-tolerant cells of Pseudomonas aeruginosa by direct lytic replication. Nature Communications, 2024, doi:10.1038/s41467-​023-44157-3.

A virus that kills sleepers

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/01/a-virus-that-kills-sleepers.html