黏膜适应性噬菌体预防铜绿假单胞菌感染的研究

铜绿假单胞菌是抗微生物药物耐药性危机的紧急威胁。噬菌体是针对铜绿假单胞菌的治疗方法的有前途的药物。有人提出，后生动物的粘膜表面藏有噬菌体，这可以用于预防性噬菌体治疗的合理设计。本研究的目的是评估噬菌体-粘液相互作用预防铜绿假单胞菌感染的潜力。我们分离了两个能够感染铜绿假单胞菌的噬菌体。两者在形态上相似，并且在遗传上密切相关。然而，噬菌体VAC3在体外粘蛋白暴露的铜绿假单胞菌中复制效率更高，并且优先保存在C57BL/6小鼠的呼吸道中。用VAC3噬菌体预处理可保护小鼠免受致死剂量的铜绿假单胞菌的伤害，而VAC1则不能。这表明适应粘膜条件的噬菌体有可能用作针对ESKAPE病原体的预防措施。

结果：

图 1：噬菌体VAC1 和 VAC3 的体外特性研究

 噬菌体的体外活性

VAC3显著抑制PA14菌株生长（图1a），含黏蛋白条件下，VAC3复制效率提高3个对数级（图1c）。

VAC3在黏膜环境下具有显著增殖优势。

图 2 | 噬菌体 VAC1 和 VAC3 的基因组比较

噬菌体基因组差异

基因组对比：VAC3比VAC1多1062 bp，含两个独特基因：LysR转录调控蛋白和核苷特异性通道蛋白（Tex），遗传差异可能影响VAC3的黏膜适应性。

图 3 在 C57BL/6 小鼠不同部位的呼吸道中，噬菌体 VAC1 和 VAC3 的体内结合情况。

噬菌体在呼吸道的滞留

VAC3在小鼠鼻腔、气管和肺部均被检出；VAC1仅在肺部微量存在（图3b），检测限为100 PFU/mL，VAC3特异性黏附上呼吸道黏膜。

图 4 用噬菌体 VAC3 对 C57BL/6 小鼠进行预处理可使 C57BL/6 小鼠免铜绿假单胞菌PA14 菌株的致死性感染

VAC3的预防效果

生存曲线（图4c）：VAC3预处理组存活率显著提高（p=0.0122）。

细菌负荷（图4d）：VAC3组肺部PA14菌落数降低（p=0.047）。

VAC3显著减轻感染症状并提高生存率。

图 5 用噬菌体预处理过的小鼠肺部组织中t铜绿假单胞菌 PA14 菌株的感染所导致的组织病理学变化。

组织病理学验证

VAC3组肺泡结构损伤减少，炎症浸润减轻（图5a）,VAC3组肺损伤评分显著低于对照组（p<0.0001）(图5b)，VAC3有效保护肺部组织结构。

结论：VAC3的黏膜适应性与其独特基因组特征相关，具有预防性鼻腔喷雾、医疗器械消毒的应用潜能，为囊性纤维化（CF）患者的铜绿假单胞菌感染提供新策略。

参考来源：https://doi.org/10.1038/s42003-024-07269-0