噬菌体疗法对土壤环境中病原菌灭活的研究

随着过去几十年全球经济的发展，越来越多的抗生素与家庭、工业、农业和医疗活动的废物一起释放到环境中。这导致环境中抗生素耐药细菌/基因 （ARB/ARG） 的选择和传播，这威胁到抗生素对抗细菌感染的效率。因此，科学家们重新应用了一种具有百年历史的抗生素替代方法—噬菌体疗法，以诱导各种环境中抗生素耐药病原菌的裂解，包括土壤、空气和水。

图1 噬菌体靶向灭活土壤细菌示意图

噬菌体疗法是噬菌体治疗病原菌感染。它在 1920 年代和 1940 年代之间被开发并广泛使用，直到 1944 年抗生素青霉素首次大规模生产。此后，尽管噬菌体疗法仍在世界某些地区使用，但大多数关于噬菌体疗法的研究都陷入了停滞，直到环境中出现广泛的 ARB。在过去十年中，由于抗生素在全球范围内施加的选择压力，土壤已成为 ARB 和 ARG 的重要来源和库。噬菌体疗法在更大规模土壤环境中灭活病原菌的效果至关重要。此外，噬菌体与宿主细菌之间的军备竞赛促进了宿主细菌的进化以对抗噬菌体感染，这削弱了噬菌体疗法的疗效。因此，通过探索潜在的耐药机制来减少细菌对噬菌体捕食的耐药性，并刺激噬菌体疗法在土壤环境中的应用具有重要意义。

噬菌体疗法对环境功能的影响可以通过直接和间接途径来实现。与温带噬菌体相比，裂解噬菌体由于裂解宿主细菌，对环境微生物多样性的影响更大。相比之下，虽然较温和，但温和的噬菌体也通过掺入宿主细菌的染色体来影响环境细菌的功能，这通常会改变宿主的次级代谢和健康状况。因此，裂解噬菌体和温带噬菌体都通过先于宿主细菌直接影响各种环境功能。例如，当宿主细菌参与环境中营养元素（C、N、P 和 S）的循环时，细菌的丰度、组成、功能和代谢将受到噬菌体捕食的控制，这将进一步影响营养周转、生物利用度、作物产量、环境中的温室气体排放。同时，如果宿主细菌是携带 ARG 的病原菌，噬菌体对宿主的捕食对环境健康产生积极影响。然而，当宿主细菌被证明是污染物降解菌株时，噬菌体疗法会降低环境的生物修复效果。除了直接裂解宿主细菌外，噬菌体还间接对环境功能产生重大影响。噬菌体衣壳蛋白表面的各种带负电荷的官能团，如硫基、氨基、羟基，与土壤中带正电荷的离子相互作用。

参考文献：Ye, M., Sun, M., Huang, D., Zhang, Z., Zhang, H., Zhang, S., Hu, F., Jiang, X., and Jiao, W. (2019) A review of bacteriophage therapy for pathogenic bacteria inactivation in the soil environment. Environment International 129, 488-496.