以毒攻毒的細(xì)菌“克星”：噬菌體

狒狒

如果要在地球生物中評選“最像外星球來的生物”，那噬菌體一定實(shí)至名歸。規(guī)整優(yōu)美的正二十面體幾何外形，毫不累贅的精細(xì)結(jié)構(gòu)，沒有一絲冗余的實(shí)用功能，仿佛一切都是某種智慧生物刻意設(shè)計(jì)的結(jié)果。更讓人“細(xì)思極恐”的是，噬菌體分布在地球各個角落，數(shù)量超過所有生物的總和。它默默地窺伺著這個世界，與各種細(xì)菌相愛相殺了億萬年，是一位擅長以毒攻毒的“外星戰(zhàn)士”。

人類與噬菌體的邂逅

人類發(fā)現(xiàn)噬菌體的歷史可以說由來已久，從邂逅到了解，經(jīng)過了漫長的時光。1915年，倫敦布朗研究所所長弗德里克·特沃特在被意外污染的細(xì)菌培養(yǎng)皿上發(fā)現(xiàn)了細(xì)小的透明斑點(diǎn)。他注意到，即便將這些透明斑點(diǎn)過濾并稀釋百萬倍后，斑點(diǎn)依舊有顯著的殺菌功能?？墒怯捎凇耙粦?zhàn)”的爆發(fā)，費(fèi)德里克不得不中止了實(shí)驗(yàn)，人類與噬菌體擦肩而過。

無獨(dú)有偶，就在同一年，正在研究志賀菌（當(dāng)時該細(xì)菌正在軍營中肆虐，引起了軍人嚴(yán)重的痢疾）的法國巴斯德研究所的細(xì)菌學(xué)家費(fèi)利克斯·德赫雷爾，也發(fā)現(xiàn)了培養(yǎng)皿中的透明斑點(diǎn)，他把這些斑點(diǎn)命名為“Plaques”，意為“噬斑”。隨后，費(fèi)利克斯將這些噬斑用于患者，患者竟然很快好轉(zhuǎn)。費(fèi)利克斯認(rèn)為自己發(fā)現(xiàn)了一種能夠感染和殺死細(xì)菌的新生物，便把它命名為“Bacteriophage”，意為“可以吞噬細(xì)菌的”。終于，在命運(yùn)的相遇下，噬菌體正式登上了生命科學(xué)的舞臺。

噬菌體是“神馬”？

別看噬菌體可以打敗細(xì)菌，但它本身也是一種病毒。大多數(shù)噬菌體的結(jié)構(gòu)十分精簡，由負(fù)責(zé)保護(hù)核酸的頭部和用于吸附細(xì)菌表面的尾部組成。噬菌體的頭部是一個正二十面體，外表由規(guī)律排列的蛋白亞單位——衣殼組成，核酸則包裹在內(nèi)部，被緊緊地保護(hù)起來。當(dāng)噬菌體的尾部吸附到細(xì)菌表面后，會先通過穿孔素在細(xì)胞壁上打出一個小孔，尾鞘收縮，露出尾軸，就如同注射器一樣把DNA注射進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞。

一旦噬菌體DNA整合進(jìn)了細(xì)菌基因組后，細(xì)菌的自身活動便戛然而止，自身的酶和DNA也停止合成，噬菌體便接手并控制了整個細(xì)菌的代謝系統(tǒng)。噬菌體利用細(xì)菌本身的酶、細(xì)胞器和其他一切可以利用的材料，大量合成自己的DNA和各種蛋白質(zhì)外殼零件；當(dāng)耗盡細(xì)菌的資源后，就用這些新的噬菌體顆粒，通過裂解酶溶解細(xì)胞壁，將無數(shù)的子代噬菌體釋放到環(huán)境中，再去侵染鄰近的細(xì)菌。

戰(zhàn)斗力超強(qiáng)的“噬菌戰(zhàn)士”

噬菌體的發(fā)現(xiàn)為遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展提供了一個完美的模式生物，并在各項(xiàng)研究中大放異彩。1952年，Hershey和Chase利用噬菌體證明了只有DNA是在親代和子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)，為最終確立DNA是主要的遺傳物質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。1978年，Wener Arber 也因?yàn)檠芯喀檬删w的限制與修飾現(xiàn)象的本質(zhì)而獲得了諾貝爾獎。而蘇聯(lián)及東歐諸國科學(xué)家則致力于用各種噬菌作為抗感染藥物挽救人們的生命。

或許你會問，既然噬菌體有如此顯著的殺菌功效，為何我們身邊卻沒有噬菌體的相關(guān)藥品？這是因?yàn)椤按髿⑵鳌薄股貋砹?。抗生素殺菌極其廣泛，往往一種抗生素就可以殺滅環(huán)境中種類繁多的細(xì)菌。而噬菌體的裂解譜太窄，往往只能侵染單一種類細(xì)菌中的一小個亞種。而噬菌體本身又是大蛋白顆粒，有一定的抗原特性，如果貿(mào)然用于體內(nèi)，可能會引起人體自身的排異反應(yīng)。在裂解細(xì)菌時也會把一些內(nèi)毒素釋放到體內(nèi)，引起諸多并發(fā)癥，自然而然就被抗生素取代了。

噬菌體雖然在醫(yī)學(xué)上被打入了冷宮，但是身為“超級戰(zhàn)士”，它用自己的戰(zhàn)斗力表明了“不，我還想再活幾集”的愿望。特別是近幾年，“超級細(xì)菌”時常登上各類新聞的頭條，由于長期浸淫周旋于各種抗生素，超級細(xì)菌幾乎對任何抗生素免疫，患者一旦感染，就處于無藥可醫(yī)的境地。這時候噬菌體治療又迎來了機(jī)遇，成為對抗超級細(xì)菌的秘密武器，專治各種不服。

另辟蹊徑的噬菌體

雖然拼不過抗生素，但噬菌體還是在其他方面將自己的優(yōu)勢發(fā)揮了出來。在一些復(fù)雜菌環(huán)境下，比如腸道，就有很多與人共生的有益菌，它們分泌維生素，促進(jìn)腸道蠕動，抑制有害菌生長。在以往的治療中，這些有益菌往往會被抗生素全部殺滅，久而久之，就容易使腸道發(fā)生菌群異常，有損人體健康。但噬菌體卻可以高效地殺滅某一種細(xì)菌，并對其他有益菌秋毫無犯。

由于細(xì)菌分布廣泛，每個感染者的情況又不盡相同，目前格魯吉亞的Eliava噬菌體研究中心已經(jīng)開創(chuàng)了針對細(xì)菌感染的私人定制個性化診療。如果遇上了抗生素搞不定的問題，患者可以把感染樣品寄去，研究人員就會為患者篩選特定的噬菌體。上到嚴(yán)重?zé)隣C傷，下到惡性“香港腳”，只要是細(xì)菌感染引起的，都去找找噬菌體，找到了就把噬菌體寄給患者進(jìn)行治療。當(dāng)然，千萬別忘了付尾款。

而隨著食品安全越來越受到重視，肉蛋奶制品抗生素的檢出量規(guī)定也日趨嚴(yán)格。在肉蛋奶制品的運(yùn)輸過程中，細(xì)菌污染也很嚴(yán)重。煮熟還好，但是歐美人士喜歡吃三到七分熟，于是國外就專門開發(fā)了沙門桿菌的噬菌體，在牛肉運(yùn)輸過程中噴灑，毫無毒副作用。而國內(nèi)也有針對奶牛乳房炎的金黃色葡萄球菌噬菌體，對蝦早期死亡綜合征的副溶血弧菌噬菌體也已經(jīng)投入市場。

雖然噬菌體戰(zhàn)士并不完美，我們對它的了解也還不夠深刻。但是在它的基因里，流淌著幾億年與細(xì)菌戰(zhàn)斗的記憶，這是一筆無價的財(cái)富。我們可以利用噬菌體進(jìn)行無盡的學(xué)習(xí)，探尋生命的奧秘；也可以與噬菌體并肩作戰(zhàn)，一起應(yīng)對各類細(xì)菌的攻擊。