听到细菌和病毒，人们的第一反应可能都是恐惧和害怕。如今形势逐渐好转的“新冠疫情”，其罪魁祸首就是新型冠状病毒！它不仅有强大的感染、侵袭能力，而且还会“72变”，产生新的形态继续危害人类健康！

但是，病毒也如同细菌一样，具有“好/坏”之分，今天就为大家介绍一种专门“吃掉”细菌的病毒—噬菌体。

噬菌体是什么？

噬菌体是专门识别侵袭细菌的病毒，侵袭的同时赋予宿主菌生物学性状的遗传物质。它们只能在活菌内复制寄生，有严格的宿主特异性。每种类型的噬菌体都有特定的形状、不同的装载货物能力、特定的生产时间以及它们自身的超分子组装机制，这使得它们不仅可以作为细菌的治疗剂也能够用于构建生物无机载体。

噬菌体的特性

1、高特异性：噬菌体通常识别有限范围的细菌菌株，这减少了对宿主正常微生物群落的损害，但也需要识别特定的目标病原体和选择有效的噬菌体，这可能会延迟治疗。

2、自我限制性：由于噬菌体的繁殖依赖于它们的宿主，它们只在感染部位复制，当它们的特定细菌病原体消失时，它们不会持续存在。

3、较低的耐药性：噬菌体诱导耐药的倾向一般较低，并且对抗生素没有交叉耐药，这使得噬菌体成为对抗耐多药细菌和生物膜的有效解决方案。

噬菌体的培养和纯化

首先从寻找和分离目标细菌菌株的噬菌体开始。经过多轮琼脂菌斑分离，单个菌斑进行小规模过夜培养。然后对新分离的噬菌体基因组进行测序、注释和筛选溶原基因与有害基因。随后对具有潜在安全性的噬菌体进行升级培养。培养过夜后，噬菌体裂解物通过压力驱动双盲端过滤和交叉流超滤进行灭菌。交叉流超滤还渗滤以去除生长培养基，并将噬菌体颗粒浓缩在缓冲液中。作为一种选择，CsCl密度梯度超速离心和透析可用于进一步确认噬菌体库的均一性。LPS亲和层析用于去除残余内毒素。最后，通过定量噬菌体样品暴露后的内毒素水平、蛋白质丰度和细胞活力来测试最终噬菌体制剂的纯度和安全性。

噬菌体的形貌和种类

a. 微小病毒科具有二十面体衣壳和小的圆形单链DNA（ssDNA）基因组（显示了phiX174的SR和TEM）。Inoviridae家族丝状噬菌体的基因组由一个圆形超螺旋ssDNA分子组成，该分子封装在由数千个拷贝的主要衣壳蛋白（MCP）13144（显示了M13的SR和I2-2的TEM）组成的长纤维（>500nm）内。

b.  大多数特征噬菌体的尾部带有双链DNA（dsDNA）基因组，属于尾病毒目。迄今为止，该目已描述了五个科：Myoviridae（长收缩尾巴；T4的SR和TEM）、Podoviridae（短非收缩尾巴；T7的SR和TE）、，阿克曼病毒科（尾部底部有尾刺的肌病毒科形态；显示了AG3的SR和TEM）和细纹病毒科（长的非收缩尾巴；显示了噬菌体λ的SR和SEM），Corticoviridae有一个圆形的dsDNA基因组和一个由MCPs包围的内部脂质膜组成的衣壳（显示了PM2的SR和TEM）。Tectiviridae（显示了PRD1的SR和AP50的TEM）具有二十面体衣壳，其包含线性dsDNA基因组和内部脂质膜。属于质粒病毒科的病毒（显示了MVL2的SR和TEM）具有圆形dsDNA基因组周围有一个脂质包膜，没有衣壳。

c.  囊病毒科有一个三段双链RNA（dsRNA）基因组，包含在一个球形衣壳内（显示了phi6的SR和TEM），具有三个结构层：一个外脂质膜和一个两层内衣壳。

d. Leviviridae的ssRNA基因组仅编码四种蛋白质（MCP、复制酶、成熟和裂解蛋白），衣壳具有二十面体和球形几何形状（显示了MS2的SR和R17的TEM）。T值对应于三角数，这是衣壳形状复杂性的度量，定义为每个不对称单位的蛋白质数量。二十面体衣壳的每个三角形小面由三个不对称单元组成。三角形数对于等边面为T，如果面是不规则三角形，则为Q。

基于形态和基因组类型的噬菌体分类：形态的示意图（SR）和透射电子显微照片（TEM）

噬菌体应用的障碍

药效学障碍

药效学是药物对身体影响的研究，其中“身体”包括相关微生物。这些影响可能包括疗效和副作用。噬菌体相关的副作用可以通过确保噬菌体制剂的更好纯度（例如通过去除内毒素）和避免编码细菌毒力因子的噬菌体（例如通过使用生物信息学）来减少。细菌毒力因子基因往往与严格或专业的裂解噬菌体无关。而药效学尤其受到噬菌体宿主范围以及噬菌体抗性的细菌进化的影响。

药代动力学障碍

药代动力学是指研究药物进入体内后，其运动和持久性的变化。因此，药代动力学障碍是指限制药物在足够时间内累积并维持有效浓度的能力的身体方面，理想情况下与靶组织相关。传统上，药代动力学分为四类。这些是吸收、分布、排泄和代谢。吸收和分布是指身体内的运动，吸收是指进入血液的运动，而分布是指进入其他身体组织的运动，特别是从血液中的运动。同样重要的是，简单地在身体隔间内的运动，例如，在胃肠道内、在肺部内、在细菌生物膜内等。排泄也是运动，但包括移出体外，而代谢是指体内的噬菌体灭活。总的来说，我们在这里将排泄和代谢称为“噬菌体清除”，这也可能成为噬菌体治疗成功的药代动力学障碍。噬菌体吸收或分布失败或噬菌体排泄或失活过多是噬菌体治疗成功的障碍。

噬菌体治疗的一般障碍

参考文献：

[1] Nat Protoc 2020 Vol. 15 Issue 9 Pages 2867-2890 DOI: 10.1038/s41596-020-0346-0

[2] Nat Rev Microbiol 2020 Vol. 18 Issue 3 Pages 125-138 DOI: 10.1038/s41579-019-0311-5

[3] Trends Microbiol 2015 Vol. 23 Issue 4 Pages 185-91 DOI: 10.1016/j.tim.2015.01.006

[4] Microbiol Mol Biol Rev 2019 Vol. 83 Issue 4 DOI: 10.1128/MMBR.00012-19

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