新型核梭菌（Fusobacterium nucleatum）噬菌体的特性及其在破坏病原性双物种生物膜方面的有效性

《Journal of Oral Microbiology》：Characterisation of novel Fusobacterium nucleatum bacteriophages and their efficacy in disrupting pathogenic dual-species biofilms

噬菌体治疗针对Fusobacterium nucleatum的生物膜破坏及精准微生物组调控研究，

　　在本研究中，科学家们探讨了利用噬菌体精准操控微生物群落的新方法，尤其是在应对抗生素耐药性和多菌种疾病方面。随着近年来对微生物群落重要性的认识不断加深，研究人员开始探索更有效、更安全的替代治疗方案。噬菌体疗法因其高度特异性而成为一种有潜力的选择，能够精准靶向特定细菌，同时避免对其他有益微生物的破坏。然而，这一方法也面临着一些挑战，例如噬菌体可能无法完全消灭某一物种的所有菌株，需要构建多样化的噬菌体库。此外，细菌对噬菌体的耐受性可能影响其在临床中的应用效果。

研究重点聚焦于一种名为*Fusobacterium nucleatum*（核梭杆菌）的关键细菌，它与牙周炎及多种癌症的发生密切相关。*F. nucleatum*的菌株包括ATCC 10953以及两个临床菌株0548和4578，还有一个未分类的菌株2256。这些菌株在结构和功能上表现出一定的差异，尤其是在生物膜形成、免疫应答和临床表现方面。由于抗生素在治疗牙周炎和癌症时可能加剧菌群失衡，并且难以穿透生物膜，因此开发针对*F. nucleatum*的噬菌体成为一种潜在的解决方案。*Porphyromonas gingivalis*（牙龈卟啉单胞菌）同样是牙周炎、癌症及其他系统性疾病的致病菌之一，它与*F. nucleatum*在牙周病原菌生物膜中具有功能性依赖关系，进一步凸显了靶向*F. nucleatum*在治疗这些疾病中的重要性。

本研究从口腔冲洗液样本中分离出三种针对*F. nucleatum*的噬菌体，分别为FNU2、FNU3和FNU4。这些噬菌体在形态学和基因组分析中表现出不同的特性。FNU2和FNU3被归类为*Latrobevirus*家族，而FNU4则属于未分类的*Caudoviricetes*。通过全基因组测序，研究人员发现了细菌和噬菌体之间的防御与反防御系统，揭示了它们之间复杂的相互作用。例如，FNU2和FNU3携带了PDC-S04候选反防御系统和AcrIII1反CRISPR防御系统，而FNU4则显示了不同的反防御机制，如RM_Type_II__Type_II_MTases、cas5_I_9和cas5_I-B_19。这些防御系统的存在表明，噬菌体可能采用多种策略来克服细菌的防御机制，从而影响其在治疗中的效果。

研究还发现，*F. nucleatum*菌株的防御基因在基因组中呈现出非随机的聚类现象，这表明它们的防御机制可能以某种特定的基因组结构形式存在，而不是通过随机的水平基因转移（HGT）获得。这种基因聚类可能有助于提高防御基因的调控效率和协同表达能力，从而增强细菌的生存能力。此外，防御基因在细菌基因组中的分布与噬菌体整合区域密切相关，这可能意味着某些细菌通过整合噬菌体基因来增强自身的防御能力。因此，噬菌体疗法的有效性可能受到细菌防御系统的影响，特别是在多菌种感染的情况下。

在生物膜破坏方面，FNU2和FNU3能够有效破坏单菌种*F. nucleatum*的生物膜，同时在*F. nucleatum*与*P. gingivalis*的双菌种生物膜中也表现出显著的破坏效果。然而，当FNU2和FNU3组合使用时，它们对单菌种*F. nucleatum*生物膜的破坏效果不如单独使用时明显，这表明噬菌体混合物的设计需要更加谨慎，以确保在多菌种感染中的最佳效果。另一方面，FNU4仅能针对菌株2256，显示出其独特的宿主范围。这一发现提示，不同*F. nucleatum*菌株可能对噬菌体的敏感性存在差异，因此，开发针对特定菌株的噬菌体可能是提高治疗效果的关键。

此外，研究还发现，未经纯化的噬菌体或加热杀死的*F. nucleatum*菌株在应用时会显著促进*P. gingivalis*的生物膜形成，这表明*F. nucleatum*的抗原和内毒素可能在*P. gingivalis*的生物膜生长中起着重要作用。这一发现强调了噬菌体纯化在确保治疗效果和避免副作用中的重要性。研究人员通过激光扫描共聚焦显微镜分析了生物膜的结构和破坏情况，结果显示FNU2和FNU3在双菌种生物膜中表现出了较高的破坏率，而它们在单菌种生物膜中的破坏效果则相对一致。

总体而言，本研究揭示了针对*F. nucleatum*的噬菌体在牙周炎和相关疾病中的潜在应用价值。研究结果表明，这些噬菌体不仅能够破坏单菌种生物膜，还能有效干预多菌种生物膜的形成。然而，进一步的研究仍需关注噬菌体库的扩展、克服细菌对噬菌体的耐药性，以及优化噬菌体递送策略，以提高其在临床治疗中的应用效果。未来的研究可以结合体外生物膜模型，探索更有效的噬菌体疗法，并推动其在牙周病治疗中的实际应用。