噬菌体及其治疗细菌感染的研究进展_朱育玮

中国畜牧兽医　２０１５，４２（３）：７６９－７７３

Ｃｈｉｎａ　Ａｎｉｍａｌ　Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ　＆Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ

ｄｏｉ：１０．１１８４３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７２３６．２０１５．０３．０４１

噬菌体及其治疗细菌感染的研究进展

朱育玮１，李玉保１＊，王守荣１，吴伟胜１，夏光州２，肖传刚３

（１．聊城大学农学院，聊城２５２０５９；２．潍坊市滨海区农林水利局，潍坊２６１０００；３．海阳市畜牧局，烟台２６５１００）

摘　要：噬菌体在其发现之初便被用于细菌感染的治疗。然而，随着抗生素时代的到来，噬菌体的研究便被忽略。近半个世纪以来，耐药菌株不断出现，抗生素治疗面临巨大挑战。噬菌体作为细菌的天然杀手，对细菌性疾病有很好的治疗效果，其研究价值逐渐引起科学家们的重视。作者对噬菌体、噬菌体治疗细菌感染的应用、噬菌体制剂、噬菌体治疗局限性及发展趋势等方面作一简要概述。关键词：噬菌体；细菌感染；噬菌体治疗；噬菌体制剂；裂解酶中图分类号：Ｒ５１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－７２３６（２０１５）０３－０７６９－０５

收稿日期：２０１４－０９－１９

基金项目：国家自然科学基金（３１１０１７８７）；山东省自然科学基金（ＺＲ２０１０ＣＭ０３５）

作者简介：朱育玮（１９８９－），男，山东滨州人，硕士生，研究方向：动物疫病发生机理与防控，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙｗ９５３３８３４８９＠１６３．ｃｏｍ

＊通信作者：李玉保（１９７８－），男，山东聊城人，博士，副教授，研究方向：动物分子病理学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｙｕｂａｏ＠ｌｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｔｈｅｒａｐｙ　ｉｎ　Ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ＩｎｆｅｃｔｉｏｎＺＨＵ　Ｙｕ－ｗｅｉ　１，ＬＩ　Ｙｕ－ｂａｏ１＊，ＷＡＮＧ　Ｓｈｏｕ－ｒｏｎｇ１，ＷＵ　Ｗｅｉ－ｓｈｅｎｇ１，ＸＩＡ　Ｇｕａｎｇ－ｚｈｏｕ２，ＸＩＡＯ　Ｃｈｕａｎ－ｇａｎｇ

３

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ，Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ２５２０５９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｕｒｅｃｕｌ　ｏｆ　Ａｇｒｉ－ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｏｆ　Ｂｉｎｈａｉ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｗｅｉｆａｎｇ２６１０００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ａｎｉｍａｌ　Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ　ｏｆ　Ｈａｉｙａｎｇ，Ｙａｎｔａｉ　２６５１００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ’ｓ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ　ｗａｓ　ｒｅｇａｒｄｅｄ　ａｓ　ａ　ｐｏｓ－

ｓｉｂｌｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ　ｗａｓ　ａｂａｎｄｏｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｒｒｉｖａｌ　ｏｆｔｈｅ　ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ　ｅｒａ．Ｎｅａｒｌｙ　ｈａｌｆ　ａ　ｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅ　ｏｎｇｏｉｎｇ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｍｕｌｔｉｄｒｕｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｈａｄ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ｍｏｔｉｖａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ　ｔｏ　ｒｅｅｖａｌｕａｔｅ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ　ｆｏｒ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｉｎｆｅｃ－

ｔｉｏｎ，ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ；ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ；ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｔｈｅｒａｐｙ；ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；

ｌｙｔｉｃ　ｅｎｚｙｍｅｓ

噬菌体，ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ（ｐｈａｇｅ），源于希腊文“ｐｈａｇｏｓ”，是一类病毒，因其感染原核生物，又叫做细菌病毒（ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｖｉｒｕｓ）。早在１９１５年及１９１７年，英国著名的细菌学家Ｔｗｏｒｔ与法国的ｄ’Ｈｅｒｅｌｌｅ分别发现了噬菌体的存在［１－２］。在噬菌体发现之初，科学家们便意识到其在细菌性疾病防制方面的应用价值，故做了大量试验研究其生物学特性。随着抗生素的出现，其研究被中断。当前耐药菌株不断出现及人们生物安全观念不断深化，噬菌体在细菌疾病方面的应用价值被重新重视起来，学者们又投入到对噬菌体的研究中，期望通过对其深入的研究，更好地应用于细菌疾病的治疗与预防［３］。

１　

噬菌体

１．１　

分布

噬菌体广泛存在于大自然中，种类复杂多样。到目前为止，已经在细菌、放线菌和藻类等近百种、多属原核生物中发现有噬菌体的存在。据报道，噬菌体也在螺旋体属和支原体中被发现过［２］。

Ｂｒｕｓｓ－

ｏｗ等［４］报道，大约有１０３２个噬菌体存在于地球上，中　国　畜　牧　兽　医４２卷　

相当于细菌的十几倍。可以说有细菌存在就有其对应的噬菌体。１．２　噬菌体的分类１．２．１　依据噬菌体形态特征及遗传物质特性分类 Ｂｒａｄｌｅｙ以噬菌体外形及遗传物质的性质为依据，把噬菌体划分成Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ　６个基本形态群。根据噬菌体头的长径与横径的比值（Ｌ／Ｗ），Ａｃｋｅｒｍａｎｎ把具有尾部结构的噬菌体各群又划分为亚群。随着新型噬菌体的不断发现，在Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ　６个群之外又有了Ｇ群噬菌体，其余各群噬菌体也不断被划分为亚群。迄今为止，研究过的所有噬菌体都包含在了１９个群和亚群内［２，５］。１．２．２　依据作用方式分类 噬菌体针对其宿主菌的作用方式不同，一般来说分为两大类，即温和型噬菌体和烈性噬菌体［６］。温和型噬菌体在侵染细菌细胞后，噬菌体本身的遗传物质与宿主的核染色体会整合到一起，随着宿主细胞遗传物质的复制而复制，因此，正常情况下噬菌体并不会大量增殖，也不会裂解宿主菌。烈性噬菌体一旦侵染敏感菌株后，便会在宿主菌细胞内迅速并大量繁殖，从而裂解宿主菌并从中释放，继而侵染其他细菌，因此又被称为毒性噬菌体。１．３　噬菌体作用机制１．３．１　烈性噬菌体作用机制 对于烈性噬菌体来说，其溶菌过程一般分为吸附、穿入、增殖、装配及释放５步。吸附：噬菌体吸附宿主菌依靠的是它们之间的相互作用，噬菌体颗粒外部有一个或多个蛋白质，这些蛋白质与其宿主菌细胞表面的受体特异性识别并结合而达到吸附效果［７］，某些二价阳离子对于噬菌体的吸附有促进作用，因此可作为噬菌体吸附的辅助因子，如Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等［８－９］。穿入：噬菌体侵入细菌细胞决定于宿主菌的特性，尤其是细菌的表面结构。一般情况下，噬菌体进入宿主内，仅仅是核酸进入，而蛋白质衣壳常停留在菌体之外；如Ｔ５噬菌体的ＤＮＡ进入大肠杆菌的过程分两步，首先部分核酸先进入细胞，合成与其进入细胞相关的蛋白质后，剩余的核酸再行进入，而这一过程需有离子通道的参与［８］。增殖：噬菌体核酸进入宿主菌后，利用宿主菌的氨基酸、核苷酸等物质及能量合成子代噬菌体的蛋白质与核酸［８］。装配与释放：噬菌体各组分自主装配或在某些特定酶作用下完成装配；装配完毕，子代噬菌体以多种方式释放，如裂解、分泌和出芽［８］。

１．３．２　温和噬菌体作用机制 温和噬菌体（ｔｅｍ－

ｐｅｒａｔｅ　ｐｈａｇｅ）有两种繁殖方式。一种方式与烈性噬

菌体相似；另一种是将自身的遗传物质整合到宿主菌的染色体中，成为细菌基因组的一部分，随着细菌基因的复制而复制。该过程叫作溶原性（ｌｙｓｏｇｅｎｙ），该宿主菌叫作溶原性细菌（ｌｙｓｏｇｅｎｉｃ

ｂａｃｔｅｒｉｕｍ），该噬菌体叫作前噬菌体（ｐｒｏｐｈａｇｅ）。噬菌体一经进入溶原周期，几次传代后，当生长环境发生改变，溶原周期将会停止，溶菌周期启动，此时，将产生子代噬菌体并裂解宿主菌，从中释放出来［２，１０］。

２　

噬菌体治疗细菌感染的应用

噬菌体在动物细菌感染上的应用要追溯到２０

世纪７０年代。ｄ’Ｈｅｒｅｌｌｅ对禽伤寒和牛出血败血型巴斯德菌进行了噬菌体的治疗试验，取得良好的治疗效果，初步判定噬菌体可以作为治疗细菌性疾病的治疗因子［２］。

Ｓｍｉｔｈ等则在２０世纪七八十年代进行了大量试验并发表论文，人们意识到噬菌体治疗试验动物的细菌感染有显著效果［１１－１３］，且浓度越大，

治疗效

果越好［１４］。

Ｔａｎｊｉ等以人和动物的粪便为样本分离出几株噬菌体，并筛选出３株噬菌谱最宽的噬菌体混合后用于裂解大肠杆菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）Ｏ１５７∶Ｈ７，结果表明，

混合后的噬菌体制剂对体外培养的Ｅ．ｃｏｌｉ

Ｏ１５７∶

Ｈ７菌株有明显裂解效果；对Ｅ．ｃｏｌｉ　Ｏ１５７∶Ｈ７感染的小鼠饲喂该混合制剂，发现小鼠消化道内的Ｅ．ｃｏｌｉ

Ｏ１５７∶Ｈ７被明显清除［１５－１６］。Ｓｈｅｎｇ等于２００６年用ＫＨ１和ＳＨ１分别对萨福克羊、瑞士韦伯斯特小鼠和荷尔斯坦因乳牛３种动物进行Ｅ．ｃｏｌｉ　Ｏ１５７∶Ｈ７感染治疗试验，结果显示试验动物无死亡［１７］。

Ａｔｔｅｒｂｕｒｙ

等于２００７年从已分离到的２３２株沙

门氏菌噬菌体中挑选了３株噬菌谱最宽的抑制鸡体内的沙门氏菌，结果显示，３株噬菌体可有效地清除鸡体内的沙门氏菌［１８］。Ｃａｐｐａｒｅｌｌｉ用噬菌体Ｍｓａ清除小鼠体内的耐药性金黄色葡萄球菌，结果表明清除率可达９７％

［１９］。

巴斯德实验室发表了用噬菌体

成功治愈由铜绿假单胞菌引起的小鼠肺囊性纤维炎的相关论文［２０］。

Ｋａｒｕｍｉｄｚｅ等分离到两株宽噬菌

谱的克雷伯杆菌噬菌体，并从英国和格鲁吉亚医院中分离到１２３株克雷伯菌（含多重耐药株），结果显示，２６％的格鲁吉亚分离株和７６％的英国分离株可被这两株噬菌体裂解［２１］。

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