噬菌体的发家史——我们为什么要研究噬菌体

在我们的世界里,有好人,有坏人,在微生物的世界里,也有“好菌”和“坏菌”。当然,这是站在人类的角度说的,对我们有益的菌是“好菌”,比如人体肠道的益生菌和土壤中的根际促生菌等,对我们有害的菌是“坏菌”,比如引起人类疾病和植物病害的病原菌。这些“坏菌”让人类饱受细菌感染的折磨也让很多作物腐烂、枯萎给我们造成巨大的经济损失,但它们并不是微生物界的终极大boss,它们也有属于它们的病毒——噬菌体。

图1.噬菌体的裂解循环。

细菌病毒(也就是噬菌体)顾名思义,就是细菌染上这个也得生病然后死掉。而且噬菌体还有很多优点,比如它有高度的特异性,就是让它杀哪种菌就能杀哪种,不会伤及无辜,而且只要有目标菌存在,它就能一直繁殖,而当目标菌都被杀死后,它们也活不下去。所以,你看噬菌体,别人是做好事不留名,噬菌体做起好事来自己的活口都不留。还有最重要的一点,噬菌体只能杀死细菌,而不会对人体和植物这些真核生物起作用。是不是觉得噬菌体就是上天派来的救兵,激动地想赶紧研究?在一个世纪之前发现噬菌体的d’Herelle也很激动,激动到吃痢疾志贺菌噬菌体制剂来证明噬菌体的安全性。志贺菌噬菌体不止安全,还成功治疗了痢疾病人,之后还用噬菌体治好了葡萄球菌引起的皮肤病。一看有利可图,不对,一看到能拯救苍生,法国和美国就开始将噬菌体制成商品开始生产。可以说噬菌体也是风光一时,不过也就真的是一时。随着抗生素的出现,而且噬菌体的效果也比较有争议,所以在20世纪40年代的时候噬菌体在西方(不包括东欧)被打入冷宫。

抗生素凭借一个优点就打败了噬菌体——抑菌范围广。之前我们说噬菌体的一个优点是指哪打哪,但是,首先,你得知道你指的是什么,比如有一个新兴的细菌疾病,你都不知道这个细菌是什么,那怎么找专门克它的噬菌体。而抗生素就不同了,它对很多细菌都有抑制效果,所以不用搞清为什么,直接用药就八九不离十了。一看抗生素这么神奇,这么省事,当然要用抗生素了,谁还管噬菌体?但是,说抗生素凭借一个优点打败了噬菌体还有一个原因,就是它也就有那一个优点。虽然它优点少,但它缺点多啊。抗生素不像噬菌体只要有目标菌存在就一直存在下去,要不断用药才能达到治疗的效果。而一直用药就会有一个问题,就是被抗生素抑制的细菌会产生抗药性。用噬菌体抑制细菌也会让细菌产生抗性,可是噬菌体定位目标菌时定位的受体通常是毒性因子,所以细菌要对噬菌体产生抗性的时候会改变这个受体顺带毒性也降低了。对抗生素产生抗性的菌就不一样了,它们还是会有致病性,而且如果换一种抗生素,它就又产生了另一种抗药性,长此以往,就出现了“超级细菌”——什么药都不怕了,这也是我们最担心却也是正在面临的问题。还有,抗生素抑菌范围广是它的优点也是它的缺点,因为对于不想让它杀死的“好菌”,它也控制不住它自己啊,而这就会引起一些副作用。所以,人们又想起噬菌体了,真是“败也抗生素,成也抗生素”。(因立场需要说了很多抗生素的坏话,其实抗生素在研发初期发挥过巨大的作用,拯救过无数人的生命,只是近年来滥用抗生素,才造成了现在这种局面。)

重新回到人们视野的噬菌体没有在它闲着的那些年就把自己的缺点改掉,所以我们要帮它克服这些缺点。它的缺点主要有两个,一个是抑菌范围(相当的)窄,二是目标菌会对噬菌体产生抗性。还有一个严峻的问题是,解决了这两个缺点也不能保证噬菌体就能发挥我们想要的效果。以防治植物病害为例,如果把噬菌体施到土壤里去解决土壤中的病原菌,它会被土壤中的生物膜捕获,还会被吸附到土壤颗粒中,而且低的土壤pH会抑制它的活性,关键是,土壤的孔状结构为病原菌提供了避难所,使噬菌体和病原菌接触都成了难题还怎么消灭它们。如果把噬菌体作为叶面肥施到作物表面,那么阳光照射、次优的pH环境以及之前喷洒过的药剂都会对噬菌体发挥效果产生严重影响。就算这些问题都解决了还有一个不可忽视的问题:“坏菌”有对应的噬菌体,“好菌”也有,这时候噬菌体又变成了我们的敌人,我们该怎么办。所以要解决噬菌体的“内忧外患”,任重而道远。

道虽远,但我们已在路上。针对“外患”,已有这方面的研究表明,改变噬菌体的施用时间(比如在清晨或晚上),有助于噬菌体发挥作用;也可以给噬菌体包保护剂,让它免受外界条件影响;还可以找更适宜目标环境的噬菌体;施用时和无毒的病原菌混在一起,为噬菌体提供一个载体。针对“内忧”,可以做成多种噬菌体的组合,不仅增大抑菌范围,对突变的病原菌也会有抑制作用;还可以和有益菌组合,不断削弱病原菌的战斗力;还有学者提出可以找一株或几株宿主范围的突变噬菌体,就是找能杀死病原菌又能杀死病原菌突变体的突变噬菌体(们)。你看,前途还是一片光明的。所以,撸起袖子加油干!

这篇不太正经的“综述”参考了两篇很正经的综述:[1]JonesJ B, Jackson L E, Balogh B, et al. Bacteriophages for plant diseasecontrol.[J]. Annual Review of Phytopathology, 2007, 45(1):245-262.[2]Inal JM..[J]. Archivum Immunologiae Et Therapiae Experimentalis, 2003, 51(4):237.

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