快速设计噬菌体鸡尾酒抑制肠道碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌的负担和毒力

通过优化的噬菌体鸡尾酒选择性地抑制小鼠肠道中肺炎克雷伯菌的负担，并驱动作为噬菌体受体的关键毒力因子的丧失。肠道中噬菌体介导的细菌种群多样化导致具有更高毒力和更广泛宿主范围的噬菌体变异的共同进化。

图1 快速设计噬菌体鸡尾酒抑制肠道碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌流程图

1.     噬菌体库的筛选

首先筛选出了35种噬菌体，测定了这些噬菌体针对27种肺炎克雷伯菌的裂解谱。这些肺炎克雷伯菌属于23个序列类型，21个荚膜类型，和8个O抗不同的噬菌体识别不同的宿主因子进而感染细菌。作者使用转座子库研究了噬菌体进入所需的细胞受体和宿主因子。作者选取了物种抗菌效果最强的五种噬菌体进行后续研究，并通过实验确定了这五种噬菌体所识别的宿主因子（图2）。

图2克雷伯氏菌噬菌体库对临床相关碳青霉烯类耐药克雷伯氏菌具有抗菌活性

2、噬菌体治疗后的肺炎克雷伯菌更容易被巨噬细胞吞噬

噬菌体处理会使得肺炎克雷伯菌对巨噬细胞的敏感性增加。作者将噬菌体感染肺炎克雷伯菌后，将存活的菌株和小鼠巨噬细胞共孵化，再用高浓度的庆大霉素处理以消除细胞外细菌，裂解细胞并从裂解物中计数细菌发现非荚膜的菌株被吞噬的数量大大增加。比较不同的突变体可以发现，细胞包膜缺陷的幸存细菌更容易被巨噬细胞吞噬（图3）。

图3噬菌体治疗使肺炎克雷伯菌对巨噬细胞吞噬更敏感

3、噬菌体鸡尾酒能延缓肺炎克雷伯菌抗性的出现

通过将侵染原理不同的噬菌体混合起来，有利于缓解细菌对噬菌体抗性的产生。基于上述的噬菌体库，作者提供了一种制定优化噬菌体鸡尾酒的流程。作者针对三种不同的细菌进行了噬菌体混合物的制备，所有这些噬菌体都能在MOI = 1的情况下单独感染各自的宿主，并且5种噬菌体混合物能够有效地杀死种群并防止显著生长（图4）。

4、噬菌体鸡尾酒抑制能够减少小鼠胃肠道中的克雷伯氏菌数量

于8至12周龄的C57BL/6无菌小鼠通过口服给予约5 × ¹⁰⁷个CFU的肺炎克雷伯菌，并给予1周时间让克雷伯菌在肠道群落中定植。从鼠标粪便样本中计算细菌数量在第7天和第8天，小鼠通过胃管给予PBS或5种噬菌体混合物。噬菌体治疗后，噬菌体混合物显著降低了肺炎克雷伯菌的数量，在第8天达到峰值，并持续到实验结束。作者测定了15日内噬菌体的滴度变化（如5B），同时发现肺炎克雷伯菌抑制的程度与总噬菌体数量在粪便中的恢复呈负相关，在第8天至少需要2 × 108 PFU/g粪便的最小阈值才能有效抑制肺炎克雷伯菌（图4）。

图4克雷伯菌噬菌体组合可以有效地杀死多重耐药的临床分离株

参考来源：otman E, McClure S, Glazier J, Fuerte-Stone J, Foldi J, Erani A, McGann R, Arnold J, Lin H, Valaitis S, Mimee M. Rapid design of bacteriophage cocktails to suppress the burden and virulence of gut-resident carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. Cell Host Microbe. 2024 Sep 27:S1931-3128(24)00348-2. doi: 10.1016/j.chom.2024.09.004