专题(五): 噬菌体在动植物病原菌感染防治中的应用

写在前面
上一期关于超级细菌系列专题的推送简单介绍了目前噬菌体治疗超级细菌感染的新方法、新角度，同时在之前的推送中我们也讲到把噬菌体应用于人体感染性疾病治疗的重要价值。本期我们主要介绍噬菌体在动植物感染性疾病预防和治疗中的应用，这一部分主要是跟农业相关，从而间接与人体健康有关，下面具体以三个例子简单介绍。

利用噬菌体减少鸡的皮肤表面沙门氏菌污染

       由沙门氏菌引起的肠道感染是全球公共卫生的主要负担。鸡是这种人畜共患病病原体的主要宿主。家禽养殖场和屠宰场中沙门氏菌的存在与治疗的经济成本有关，并对人类健康构成严重威胁。使用噬菌体进行生物防控或许可以减少沙门氏菌在鸡上的定植，从而降低养殖过程中家禽的患病率，并产出高品质的产品。
       于是研究人员采用无沙门氏菌感染的罗斯肉鸡经口感染鼠伤寒沙门氏菌和肠炎沙门氏菌，感染7天后，分别对皮肤样本喷以相应宿主菌的烈性噬菌体或者SM缓冲液作为对照，培养一段时间后，统计皮肤表面沙门氏菌的减少率。结果表明喷洒过噬菌体的实验组与对照组相比，沙门氏菌的数量显著降低（图1），说明噬菌体可作为鸡皮肤表面沙门氏菌感染的生防剂，从而减少人类食源性疾病的发生率。

图1. 在室温（约20℃）下，用SNM缓冲液（C）和噬菌体（P）处理鸡皮2 min、3 h、和6 h后，沙门氏菌在鸡皮肤上生长的图像。

一种优化的噬菌体鸡尾酒能有效地在体外和体内控制沙门氏菌

      上述研究只是简单证明了喷洒噬菌体能够有效降低鸡皮肤表面沙门氏菌的生长，但是在很多情况下，细菌容易对噬菌体产生耐受性，因此需要适当地调节和改进噬菌体的使用情况。比如该研究发现虽然个别噬菌体在感染后6 h内显著降低了代表性菌株的细菌生长，但1 h后出现了细菌再生，表明耐药菌株的增殖。因此研究人员开发了一种新型的三种噬菌体鸡尾酒疗法控制噬菌体耐药性产生。该研究依旧以沙门氏菌作为研究对象，在Galleria mellonella幼虫体内构建了沙门氏菌感染模型，并设置了噬菌体预防和治疗方案，分别在细菌感染前2h或暴露于细菌2h后进行噬菌体处理，结果表明噬菌体预防后72h内未检测到沙门氏菌（图2A），治疗方案也可提高生存率到100%和88% (图2A)，但是效果不如预防应用。该研究表明，未来在噬菌体治疗家禽细菌性感染方面，可以着重于鸡尾酒配方，噬菌体保存稳定性，同时也可将噬菌体纳入饲料用于预防感染，以和噬菌体治疗协同作战，共同抵御目标动物的感染。

图2. 噬菌体治疗对鸡分离株SL1344定殖G. mellonella的影响。每10 μL灌胃105cfu定植幼虫。以106 PFU/幼虫进行噬菌体治疗方案。(A)幼虫存活率 (B)沙门氏菌定殖情况（C）每种处理在不同时间点的噬菌体滴度，对照细菌(黑色)、联合感染(绿色)、治疗(红色)、预防(蓝色)和对照噬菌体(紫色)和预防(蓝色)。分别用4种幼虫进行处理和时间点分析，每组实验重复3次。

我国分离噬菌体防治肯尼亚马铃薯软腐病的研究

       除了动物之外，噬菌体还能防治植物病原菌的感染，其马铃薯软腐病是马铃薯的一种经济病害，是马铃薯可持续生产的主要威胁之一。该研究分离多种胡萝卜腐杆菌的烈性噬菌体，并评价噬菌体防治马铃薯软腐病的方法和效果。在马铃薯片和块茎接种胡萝卜腐杆菌前后的不同时间点，采用噬菌体单株或噬菌体鸡尾酒对防治马铃薯软腐病的效果进行了评价。马铃薯切片试验表明，噬菌体浓度和施用时机是有效防治软腐病的关键因素。在马铃薯切片上接种细菌前或接种后1小时内1 × 109 PFU/mL的噬菌体鸡尾酒可使软腐症状减轻≥90%。该研究为马铃薯软腐病噬菌体的开发和应用提供了依据。

图3. 噬菌体治疗试验结果。单株噬菌体防治马铃薯切片软腐病的研究。B噬菌体处理马铃薯块茎防治软腐效果(噬菌体鸡尾酒)，阴性对照(对马铃薯块茎施用缓冲液)，阳性对照(细菌)。

写在后面
噬菌体作为细菌的天敌，在农业领域的细菌感染中也具有广阔的应用前景，但是在使用方法（如饲料添加、胶囊包装等）、噬菌体稳定性及活性的保持上、与机体微生物组或土壤微生物组的互作上、细菌耐受性产生等等各方面均需要进行进一步的探究，从而保证在有效防治感染的同时不破坏其余的生态稳定，让噬菌体真正成为精确猎杀病原菌的“狙击手”。下期的专题推送，我们将对噬菌体应用中如何克服细菌耐受进行介绍。