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为解决抗生素耐药难题,研究人员开展针对新型伯克霍尔德菌噬菌体 Bm1 的研究。从环境中分离出 Bm1,发现其对泛耐药多噬伯克霍尔德菌有裂解活性,基因组独特,或可用于噬菌体治疗,为攻克耐药菌感染带来新方向。
在细菌耐药性日益严峻的当下,抗生素的滥用使得细菌对抗生素的抵抗力不断增强,这一问题犹如高悬在医学界头顶的 “达摩克利斯之剑”,严重威胁着人类的健康。其中,多噬伯克霍尔德菌(Burkholderia multivorans)作为一种革兰氏阴性菌,不仅能在环境中广泛存在,还会伺机对免疫功能受损的人群发起攻击,尤其是囊性纤维化患者,常常深受其慢性呼吸道感染的折磨。而抗生素耐药菌株的不断涌现,更是让针对多噬伯克霍尔德菌感染的治疗陷入了困境。在这样的背景下,噬菌体治疗(bacteriophage therapy)作为一种极具潜力的替代疗法,重新进入了科研人员的视野。噬菌体(bacteriophage,phage)是一类能够特异性感染并裂解细菌的病毒,其精准的靶向性为对抗耐药菌感染带来了新希望。
为了探寻对抗多噬伯克霍尔德菌耐药菌株的有效方法,来自德国汉诺威医学院(Hannover Medical School)等机构的研究人员展开了深入研究。他们成功分离并鉴定了一种新型强效伯克霍尔德菌噬菌体 Bm1,这一研究成果发表在《Archives of Virology》上,为后续噬菌体治疗的发展奠定了重要基础。
研究人员开展这项研究时,运用了多种关键技术方法。在细菌菌株选择上,使用了包括多噬伯克霍尔德菌 5444、5500、5900 等临床分离株以及标准参考菌株。噬菌体的分离采用了双层平板法,从德国汉诺威 2018 年夏季收集的废水中成功分离出噬菌体 Bm1。通过透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)观察其形态,利用全基因组测序技术对噬菌体基因组进行分析,还运用了系统发育分析研究宿主范围与细菌系统发育的关系。
下面来看具体的研究结果:
- 噬菌体分离与宿主范围:研究人员从机械预处理后的废水中分离噬菌体,经过 3 次分离尝试,从 10 个废水样本中获得了一个噬菌斑,从而分离出新型噬菌体 Bm1。Bm1 能在多噬伯克霍尔德菌 5444 菌株上形成 1 - 2mm 直径、带有微小晕圈的清晰噬菌斑。其宿主范围较窄,仅对部分多噬伯克霍尔德菌分离株有裂解活性,对部分洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cenocepacia)分离株虽能裂解但不形成噬菌斑。通过对 recA 基因的系统发育分析,未发现上述囊性纤维化患者的分离株与洋葱伯克霍尔德菌分离株有更近的关系。
- 形态学分析:TEM 分析显示,噬菌体 Bm1 具有典型的肌尾噬菌体(myovirus)形态,由头部、尾部和纤维组成。头部为二十面体,直径 72nm;未收缩状态下,收缩尾鞘长 100nm、宽 18nm,收缩后长 60nm、宽 23nm,收缩尾鞘远端可见管状结构。
- 一步生长曲线:一步生长曲线实验表明,噬菌体 Bm1 的潜伏期为 60 分钟,隐晦期为 40 分钟,每个细胞的裂解量为 39 PFU(plaque - forming unit,噬菌斑形成单位)。
- 基因组序列与比较分析:利用牛津纳米孔技术(Oxford Nanopore Technologies,ONT)和 Illumina 技术对噬菌体 Bm1 基因组进行测序。其基因组为双链 DNA,长度 67539bp,两端有 359bp 的末端重复区域,GC 含量为 56.6%。基因组包含 113 个基因,其中 35 个基因编码的蛋白质功能可通过与已知蛋白质序列相似性预测,78 个为假定蛋白。通过比较分析,发现其与伯克霍尔德菌噬菌体 BCSR129 的基因组相似性最高,为 57.7% ,低于目前公认的将噬菌体归为同一属的 70% 阈值。同时,未检测到与已知整合酶或其他与温和噬菌体生命周期相关的基因,通过 PhageAI 平台预测其为烈性噬菌体的概率为 98.06%。
研究结论和讨论部分指出,严格裂解(烈性)的噬菌体是对抗抗生素耐药性的重要力量,非常适合用于噬菌体治疗。新型噬菌体 Bm1 对来自囊性纤维化患者的泛耐药多噬伯克霍尔德菌具有裂解活性,其独特的遗传特征表明它可能属于一个新的属。这一研究成果为噬菌体治疗多噬伯克霍尔德菌感染提供了有力的候选噬菌体,有望在未来临床治疗中发挥重要作用,同时也为噬菌体分类学研究提供了新的思路和依据。