【连载】噬菌体vs细菌：宿命的对决
写在前面：
此前，我们讲述了为什么要研究噬菌体（噬菌体的发家史），今天开始，我们噬菌体研究小组（韦中、王孝芳、侯玉刚、王佳宁、杨可铭）将以连载的形式为您介绍自然界中噬菌体-细菌这对争斗了千万年的宿命之敌。
一：噬菌体研究史外传
一直以来，印度人都相信恒河及其支流亚穆纳河的河水能够抵抗细菌，治疗疾病。1896年，英国细菌学家Ernest Hankin将河水过滤后发现滤液可以杀死霍乱弧菌。当时，他怀疑水中有一些未知的物质或病原体在限制当地霍乱流行病的传播中起了作用(Hankin 1896)。而后来，科学家们发现这种未知的物质正是水中的噬菌体。因此，早在人们发现、认识噬菌体之前，就开始了噬菌体治疗。
1915年，另一位英国细菌学家Frederick Twort通过对培养葡萄球菌的研究发表了第一篇描述噬菌体类病毒的论文，它们可以感染细菌，在细菌体内繁殖自己并杀死细菌细胞(Twort 1915)。同年8月，法裔加拿大微生物学家Felix d'Herelle 发现痢疾志贺氏菌的新鲜培养物能被某种无菌滤液溶解至澄清，将此滤液加到另一新鲜的痢疾志贺氏菌培养液中，也能观察到同样的现象(D'Herelle 1917)。这两位科学家的研究标志着噬菌体的发现。
在耶鲁大学1999年出版的《Félix d'Herelle and the Origins of Molecular Biology》一书中，我们了解到1919年，仅仅在发现噬菌体4年后，Herelle在巴黎Enfants-Malades医院用抗痢疾噬菌体治愈了一个患有严重痢疾的男孩。他还用抗瘟疫噬菌体治愈了4例患有淋巴腺鼠疫的病人(Summers 1999)。同年，东欧和前苏联也开始运用噬菌体来治疗细菌感染。
1924年Mallman和Hemstreet发现了卷心菜致病菌的病毒因子，并在后来陆续利用筛选的噬菌体菌株用于马铃薯黑胫病、棉花黑枝病、玉米枯腐病等治疗中，并取得初步的效果。这是人类首次将噬菌体应用于土传病害的治疗(Mallmann & Hemstreet 1924)。
1926年，Frederick Twort在他发表的论文中正式将噬菌斑描述为Twort-d'Herelle phenomenon(Twort 1926)。
然而，随着Alexander Fleming爵士在1928年发现青霉素并大量将抗生素应用于细菌感染的治疗，噬菌体疗法逐渐淡出了人们的视野。
1940年，电子显微镜的发明者Ernst Ruska和他的兄弟Helmut Ruska发表了第一张噬菌体感染细菌的电镜照片(Ruska et al. 1939)。
1952年， Alfred Hershey和Martha Chase利用放射性同位素标记大肠杆菌T2噬菌体的捣碎实验证明了遗传物质是DNA，而不是蛋白质，这也就是著名的Hershey–Chase实验。Alfred Hershey凭此获得1969年的诺贝尔生理学或医学奖，理由是“发现确认病毒的遗传结构”。不过，Martha Chase却无缘获得此奖项。
1958年，我国第一位细菌学博士余贺教授，利用噬菌体成功治疗了大面积烧伤后受绿脓杆菌感染的工人邱财康。这一事迹后来被拍成了电影《春满人间》，成为微生物学界的一段佳话。
1977年，Frederick Sanger和同事们完成了对ΦX174噬菌体整个基因组的测序，这也是人类历史上首次完整的基因组定序工作(Sanger et al. 1977)。随着更多其它噬菌体基因组的测序完成，人们发现噬菌体可以在个体之间交换基因和大片断的DNA，这种水平基因转移的发现为进化提供了又一条特殊的途径。
1987年，日本大阪大学的Yoshizumi Ishino在大肠杆菌中发现了特殊的串联间隔重复序列，但一直不清楚功能(Ishino et al. 1987)。这实际上就是著名的CRISPR(Clustered regularly interspaced shortpalindromic repeats)系统。
1990年，Tanaka等将噬菌体治疗引入到了青枯病的防治中，他们同时利用无致病性的青枯菌菌株和该菌株的噬菌体对烟草青枯病进行防治，发病率只有14. 5%（对照为95. 8%）(Tanaka et al. 1990)。
2003年，Mya Breitbart发表了首个基于非培养的人类粪便病毒组的宏基因组分析，噬菌体研究正式进入“组学”时代(Breitbart et al. 2003)。
2007年，一家食品企业的科学家RodolpheBarrangou在开发抗噬菌体侵染的乳酸菌时，发现抗噬菌体的菌株和敏感的菌株在CRIPSR的一些位点有差别，而通过增加和敲除CRISPR位点中间的重复序列可以调节乳酸菌对噬菌体的敏感性。这也就是说，CRISPR系统能够为原核生物提供对抗噬菌体等病毒的获得性免疫能力(Barrangou et al. 2007)。
2011年，Gómez和Buckling报道了土壤中细菌和噬菌体协同进化的两种群落动力学：军备竞赛动力学(arms race dynamics)和波动选择动力学(fluctuating selection dynamics)，这是土壤中的首例噬菌体-细菌群落动力学研究(Gomez & Buckling2011)。
2014年5月 Dr. Ville Petri Friman与南京农业大学资环学院根际微生态与调控实验室建立合作关系，LorMeM实验室开始利用噬菌体防控土传青枯病。
2014年11月，第一届噬菌体国际学术研讨会在江苏省农业科学院成功召开。来自美国、格鲁吉亚等7个国家及我国53所大学和研究机构的120多名专家学者齐聚南京，共同研讨噬菌体领域的最新研究进展。
2015年10月在格鲁吉亚第比利斯召开了名为“Phages as tools for therapy, prophylaxis anddiagnostics”的会议，就噬菌体疗法面临的问题进行的交流(Sybesma & Pirnay2016)。
2016年LorMeM发表第一篇关于噬菌体协同生防细菌防控土传青枯病的文章(Wang et al. 2017)。见：《阻击病菌——了解并遵循它们的游戏规则》和《试管中的进化》。
2017年10月关于根际噬菌体群落结构和功能的研讨会将由LorMeM组织召开，敬请期待。
下期预告：噬菌体的分类
参考文献：
Barrangou,R., Fremaux, C., Deveau, H., Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S. et al. (2007). CRISPR provides acquiredresistance against viruses in prokaryotes. Science,315, 1709-1712.
Breitbart, M., Hewson, I., Felts, B., Mahaffy,J.M., Nulton, J.D., Salamon, P. et al.(2003). Metagenomic Analyses of an Uncultured Viral Community from Human Feces.Journal of Bacteriology, 185,6220-6223.
D'Herelle, F. (1917). Surun microbe invisibleantagoniste des bacilles dysentériques. ComptesRendus de L ' Acadernie des Sciences de Paris, 165, 373-375.
Gomez, P. & Buckling, A. (2011).Bacteria-Phage Antagonistic Coevolution in Soil. Science, 332, 106-109.
Hankin, E. (1896). L'action bactericide deseaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera. Ann. Inst. Pasteur 10, 511.
Ishino, Y., Shinagawa, H., Makino, K.,Amemura, M. & Nakata, A. (1987). Nucleotide sequence of the iap gene,responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli,and identification of the gene product. Journalof Bacteriology, 169, 5429-5433.
Mallmann, W. & Hemstreet, C. (1924). Isolationof an inhibitory substance from plants. Agric.Res, 28, 599-602.
Ruska, H., Borries, B.v. & Ruska, E.(1939). Die Bedeutung der Übermikroskopie für die Virusforschung. Archiv für die gesamte Virusforschung,1, 155-169.
Sanger, F., Air, G.M., Barrell, B.G., Brown,N.L., Coulson, A.R., Fiddes, J.C. et al.(1977). Nucleotide sequence of bacteriophage ΦX174 DNA. Nature, 265, 687-695.
Summers, W.C. (1999). Felix d' Herelle and the origins of molecular biology. YaleUniversity Press, New Haven.
Sybesma, W. & Pirnay, D.J. (2016). Silkroute to the acceptance and re-implementation of bacteriophage therapy. Biotechnology journal.
Tanaka, H., Negishi, H. & Maeda, H.(1990). Control of tobacco bacterial wilt by an avirulent strain of Pseudomonassolanacearum M4S and its bacteriophage. JapaneseJournal of Phytopathology, 56, 243-246.
Twort, F. (1915). An investigation on thenature of ultra-microscopic viruses. TheLancet, 186, 1241-1243.
Twort, F.W. (1926). THE TWORT-D'HERELLEPHENOMENON. The Lancet, 207, 416.
Wang, X., Wei, Z., Li, M., Wang, X., Shan,A., Mei, X. et al. (2017). Parasitesand competitors suppress bacterial pathogen synergistically due to evolutionarytrade‐offs. Evolution,71, 733-746.
-The End-
南京农业大学根际微生态与调控实验室，
Lab of rhizospher Micro-ecology & Management
开展根际微生态研究，致力于调控根际环境，
立足本土需求，也面向和走向国际化。
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