聽到細菌和病毒，人們的第一反應可能都是恐懼和害怕。如今形勢逐漸好轉的“新冠疫情”，其罪魁禍首就是新型冠狀病毒！它不僅有強大的感染、侵襲能力，而且還會“72變”，產生新的形態繼續危害人類健康！

但是，病毒也如同細菌一樣，具有“好/壞”之分，今天就為大家介紹一種專門“吃掉”細菌的病毒—噬菌體。

噬菌體是什么？

噬菌體是專門識別侵襲細菌的病毒，侵襲的同時賦予宿主菌生物學性狀的遺傳物質。它們只能在活菌內復制寄生，有嚴格的宿主特異性。每種類型的噬菌體都有特定的形狀、不同的裝載貨物能力、特定的生產時間以及它們自身的超分子組裝機制，這使得它們不僅可以作為細菌的治療劑也能夠用于構建生物無機載體。

噬菌體的特性

1、高特異性：噬菌體通常識別有限范圍的細菌菌株，這減少了對宿主正常微生物群落的損害，但也需要識別特定的目標病原體和選擇有效的噬菌體，這可能會延遲治療。

2、自我限制性：由于噬菌體的繁殖依賴于它們的宿主，它們只在感染部位復制，當它們的特定細菌病原體消失時，它們不會持續存在。

3、較低的耐藥性：噬菌體誘導耐藥的傾向一般較低，并且對抗生素沒有交叉耐藥，這使得噬菌體成為對抗耐多藥細菌和生物膜的有效解決方案。

噬菌體的培養和純化

首先從尋找和分離目標細菌菌株的噬菌體開始。經過多輪瓊脂菌斑分離，單個菌斑進行小規模過夜培養。然后對新分離的噬菌體基因組進行測序、注釋和篩選溶原基因與有害基因。隨后對具有潛在安全性的噬菌體進行升級培養。培養過夜后，噬菌體裂解物通過壓力驅動雙盲端過濾和交叉流超濾進行滅菌。交叉流超濾還滲濾以去除生長培養基，并將噬菌體顆粒濃縮在緩沖液中。作為一種選擇，CsCl密度梯度超速離心和透析可用于進一步確認噬菌體庫的均一性。LPS親和層析用于去除殘余內毒素。最后，通過定量噬菌體樣品暴露后的內毒素水平、蛋白質豐度和細胞活力來測試最終噬菌體制劑的純度和安全性。

噬菌體的形貌和種類

a. 微小病毒科具有二十面體衣殼和小的圓形單鏈DNA（ssDNA）基因組（顯示了phiX174的SR和TEM）。Inoviridae家族絲狀噬菌體的基因組由一個圓形超螺旋ssDNA分子組成，該分子封裝在由數千個拷貝的主要衣殼蛋白（MCP）13144（顯示了M13的SR和I2-2的TEM）組成的長纖維（>500nm）內。

b.  大多數特征噬菌體的尾部帶有雙鏈DNA（dsDNA）基因組，屬于尾病毒目。迄今為止，該目已描述了五個科：Myoviridae（長收縮尾巴；T4的SR和TEM）、Podoviridae（短非收縮尾巴；T7的SR和TE）、，阿克曼病毒科（尾部底部有尾刺的肌病毒科形態；顯示了AG3的SR和TEM）和細紋病毒科（長的非收縮尾巴；顯示了噬菌體λ的SR和SEM），Corticoviridae有一個圓形的dsDNA基因組和一個由MCPs包圍的內部脂質膜組成的衣殼（顯示了PM2的SR和TEM）。Tectiviridae（顯示了PRD1的SR和AP50的TEM）具有二十面體衣殼，其包含線性dsDNA基因組和內部脂質膜。屬于質粒病毒科的病毒（顯示了MVL2的SR和TEM）具有圓形dsDNA基因組周圍有一個脂質包膜，沒有衣殼。

c.  囊病毒科有一個三段雙鏈RNA（dsRNA）基因組，包含在一個球形衣殼內（顯示了phi6的SR和TEM），具有三個結構層：一個外脂質膜和一個兩層內衣殼。

d. Leviviridae的ssRNA基因組僅編碼四種蛋白質（MCP、復制酶、成熟和裂解蛋白），衣殼具有二十面體和球形幾何形狀（顯示了MS2的SR和R17的TEM）。T值對應于三角數，這是衣殼形狀復雜性的度量，定義為每個不對稱單位的蛋白質數量。二十面體衣殼的每個三角形小面由三個不對稱單元組成。三角形數對于等邊面為T，如果面是不規則三角形，則為Q。

基于形態和基因組類型的噬菌體分類：形態的示意圖（SR）和透射電子顯微照片（TEM）

噬菌體應用的障礙

藥效學障礙

藥效學是藥物對身體影響的研究，其中“身體”包括相關微生物。這些影響可能包括療效和副作用。噬菌體相關的副作用可以通過確保噬菌體制劑的更好純度（例如通過去除內毒素）和避免編碼細菌毒力因子的噬菌體（例如通過使用生物信息學）來減少。細菌毒力因子基因往往與嚴格或專業的裂解噬菌體無關。而藥效學尤其受到噬菌體宿主范圍以及噬菌體抗性的細菌進化的影響。

藥代動力學障礙

藥代動力學是指研究藥物進入體內后，其運動和持久性的變化。因此，藥代動力學障礙是指限制藥物在足夠時間內累積并維持有效濃度的能力的身體方面，理想情況下與靶組織相關。傳統上，藥代動力學分為四類。這些是吸收、分布、排泄和代謝。吸收和分布是指身體內的運動，吸收是指進入血液的運動，而分布是指進入其他身體組織的運動，特別是從血液中的運動。同樣重要的是，簡單地在身體隔間內的運動，例如，在胃腸道內、在肺部內、在細菌生物膜內等。排泄也是運動，但包括移出體外，而代謝是指體內的噬菌體滅活。總的來說，我們在這里將排泄和代謝稱為“噬菌體清除”，這也可能成為噬菌體治療成功的藥代動力學障礙。噬菌體吸收或分布失敗或噬菌體排泄或失活過多是噬菌體治療成功的障礙。

噬菌體治療的一般障礙

參考文獻：

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[2] Nat Rev Microbiol 2020 Vol. 18 Issue 3 Pages 125-138 DOI: 10.1038/s41579-019-0311-5

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[4] Microbiol Mol Biol Rev 2019 Vol. 83 Issue 4 DOI: 10.1128/MMBR.00012-19

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