終極武器噬菌體

經(jīng)歷了新冠疫情，大家都覺得“病毒太壞了”。但是噬菌體作為一種病毒卻是“細(xì)菌克星”，是有用的“好病毒”。

4 月12 日，在國際期刊《細(xì)胞宿主與微生物》上發(fā)表的一項(xiàng)最新研究成果稱，科學(xué)家首次對人體腸道共生細(xì)菌的噬菌體進(jìn)行了大規(guī)模分離培養(yǎng)，建立了包含200 多個噬菌體的人體腸道噬菌體資源庫。

噬菌體到底有什么奇特的功能？科學(xué)家為什么要專門為它建立資源庫？

《光明少年》：噬菌體在人體腸道中起著怎樣的作用？

張浩：噬菌體是一種專門寄生和殺死細(xì)菌的病毒。只要有細(xì)菌的地方，基本上都會有噬菌體。細(xì)菌和病毒是兩種完全不同的生物。細(xì)菌有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，能在環(huán)境中獨(dú)立生存；病毒通常是一層蛋白質(zhì)外殼包裹著里面的遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）。

人體中腸道的細(xì)菌數(shù)量最多、種類最豐富，共生的噬菌體也很多。據(jù)估計(jì)，那里有一百萬億個噬菌體。如果去沙漠玩，你目之所及的所有沙子，數(shù)量都沒你腸道里噬菌體的零頭多。

人體腸道噬菌體最大的作用是控制腸道菌群。一個健康成年人的腸道里大概有十萬億個細(xì)菌，它們快速、大量繁殖，幾十分鐘數(shù)量就能翻一番，如果不是有一股力量在壓制，人的腸道早就被撐爆了。限制腸道菌群的力量并不神秘——營養(yǎng)物質(zhì)的限制、細(xì)菌之間的競爭以及噬菌體的殺戮。

噬菌體和腸道細(xì)菌就像狼和兔子的關(guān)系：狼吃兔子，兔子多，狼的數(shù)量也跟著增多，但是狼吃掉更多兔子，兔子數(shù)量減少，狼也因食物不足數(shù)量下降。

《光明少年》： 噬菌體長什么樣子？有什么特點(diǎn)？

張浩：典型的噬菌體結(jié)構(gòu)分為頭部、尾部和長長的尾絲，這種噬菌體被稱為“T型噬菌體”。還有的噬菌體沒有長長的尾絲，或者沒有尾部，或者只有長長的尾絲。它們沒有完全統(tǒng)一的形態(tài)。

噬菌體非常小，只有幾十納米大?？梢源致缘卣J(rèn)為，一根頭發(fā)絲的橫截面上可以排列50 個細(xì)菌，一個細(xì)菌的橫截面上可以排列50個噬菌體，幾千個噬菌體差不多就和頭發(fā)絲一樣粗。

雖然個頭小，甚至不能獨(dú)立生存，但噬菌體感染和殺死細(xì)菌的能力可謂是“獨(dú)步天下”。遇到細(xì)菌，噬菌體會在細(xì)菌表面打洞，把自己的遺傳物質(zhì)悄無聲息地注射進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)，之后，它會運(yùn)用“烈性”和“溫和”兩種不同路線的“絕世武功”。

烈性噬菌體主打“殺伐果斷”——從內(nèi)部把細(xì)菌裂開，釋放出成百上千新的噬菌體，再去感染更多細(xì)菌，如此往復(fù)。

溫和噬菌體主打“順風(fēng)劃船不用槳，人生贏家全靠躺”——悄悄躺在細(xì)菌的基因組中，細(xì)菌生長繁殖，它們也跟著繁殖。它們把子子孫孫一個個打包好，從細(xì)菌的細(xì)胞膜放出去。等到細(xì)菌“油盡燈枯”失去利用價值，它們改換嘴臉走“烈性路線”，一把裂開細(xì)菌，把子代病毒全放出去。

總之，不管是烈性路線還是溫和路線，噬菌體的最終目標(biāo)都是讓自己的后代繁殖更多、生存壓力更小。

《 光明少年》： 噬菌體怎么對付耐藥細(xì)菌？

張浩：耐藥細(xì)菌就是抗菌藥物殺不死的細(xì)菌。想象一下，有人感染了細(xì)菌，本來吃幾片抗生素就能殺死細(xì)菌，但是細(xì)菌出現(xiàn)了耐藥性，繁殖得越來越多，抗生素起不到應(yīng)有的作用。

噬菌體為什么被認(rèn)為是對抗耐藥細(xì)菌的終極武器呢？主要有兩個原因。

1.噬菌體是活的?？股厥遣粫兊幕瘜W(xué)物質(zhì)，但噬菌體是活的病毒??！基因突變可以讓細(xì)菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性，躲避噬菌體的追殺，但噬菌體也會基因突變，能繼續(xù)感染細(xì)菌。所以，二者因突變和生存壓力你追我趕，這就是生物進(jìn)化的魅力。

2.噬菌體很專一。通常來說，一種噬菌體只感染和殺死一種或者幾種細(xì)菌。如果身體出現(xiàn)了某種耐藥細(xì)菌，就可以使用專門針對這種耐藥細(xì)菌的噬菌體，只殺致病菌，對人體細(xì)胞和其他細(xì)菌沒有任何影響。

因此，醫(yī)生將噬菌體施用到有細(xì)菌感染的患處，大量噬菌體一擁而上，將想要?dú)⑺赖募?xì)菌趕盡殺絕。這種用噬菌體治療的方法被稱作“噬菌體療法”。

《 光明少年》： 為什么要建立人體腸道噬菌體資源庫？

張浩：腸道里的噬菌體有數(shù)百萬億，而目前已明確分離得到的只有200余種。面對數(shù)量如此龐大的未知噬菌體，科學(xué)家也充滿好奇。知識無窮無盡，對于科學(xué)研究，探索未知是一種本能。

還有，如果發(fā)生細(xì)菌感染時，醫(yī)生手頭沒有針對性的噬菌體，等科學(xué)家去自然界找到它，時間太漫長了。因此，需要構(gòu)建種類非常豐富的“噬菌體資源庫”，就像琳瑯滿目的武器庫，不管什么種類的細(xì)菌感染，都能找到對應(yīng)的噬菌體，拿出來馬上就能用。

腸道噬菌體怎么分離呢？我們用中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院馬迎飛研究員的一項(xiàng)最新研究舉例，這項(xiàng)研究對人體腸道共生細(xì)菌的噬菌體進(jìn)行了大規(guī)模分離培養(yǎng)。

首先，科學(xué)家從深圳的幾個污水處理廠收集了下水道污水樣本，以及20 名人類糞便混合物樣本。然后，把樣本過濾，得到大量噬菌體的“混合液”。之后，把“混合液”滴入提前準(zhǔn)備好的培養(yǎng)了411 種腸道細(xì)菌的培養(yǎng)皿中（每一個培養(yǎng)皿中只有一種細(xì)菌）。如果恰好有某種噬菌體能在這種細(xì)菌上生長，就會觀察到一小圈一小圈被殺死的細(xì)菌。

實(shí)際上，現(xiàn)實(shí)的操作要復(fù)雜得多，也枯燥得多，還會有各種特殊情況：樣品做完這份還有下一份、好不容易長出來抑菌圈卻發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)污染、終于分離出來噬菌體卻是和之前一樣的噬菌體……好在科學(xué)家們堅(jiān)持了下來，最終分離出了200 多種噬菌體，并且知道了這些噬菌體分別感染人體腸道中的哪些細(xì)菌。

費(fèi)了這么大力氣只得到200 多種噬菌體，是不是感覺離厘清腸道所有噬菌體還差著十萬八千里？所以說科學(xué)是無止境的，有太多的未知等待我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>