Science：新研究首次揭示多种竞争性的噬菌体物种能够稳定共存于单个肠道细菌菌株群体中

来源：100医药网 2025-01-09 10:09

在这项新的研究中，这些作者通过实验测试了一种长久以来的假设，即细菌的遗传多样性限制了噬菌体物种的多样性。

感染并杀死细菌的病毒，称为噬菌体，有望成为针对包括对产生耐药性的菌株在内的危险感染的新治疗类型。然而，病毒学家对噬菌体如何在它们感染的细菌细胞群体中持续存在知之甚少，这阻碍了噬菌体疗法的发展。

在一项新的研究中，来自纽约大学格罗斯曼医学院、牛津大学和耶鲁大学的研究人员首次提供证据表明，几种竞争性的噬菌体物种在一个基因上一致的大肠杆菌菌株群体中稳定共存，其中大肠杆菌是一种定植于人类肠道的细菌物种，它的一些菌株具有致病性。相关研究结果发表在2024年12月13日的Science期刊上，论文标题为 Diverse phage communities are maintained stably on a clonal bacterial host 。

他们发现，尽管不同的噬菌体之间存在竞争，但不同的噬菌体物种更喜欢随机出现在细菌群体中生长较慢或较快的细菌细胞。通过这种方式，每种噬菌体物种都能在同一宿主上找到独特的生态位，从而实现稳定的共存。

例如，局部的营养缺乏（饥饿）可能会减缓一些细菌细胞的生长，以保护稀缺资源。在这项新的研究中，标记为N和S的两种噬菌体共存，因为噬菌体N更适合在快速生长的细菌细胞中存活，而噬菌体S在缓慢生长的细菌细胞中更好存活。

噬菌体疗法的设计者希望避免抗生素治疗中的问题，即某种抗生素药物可以杀死细菌，但让让对这种药物的作用机制最具抵抗性的部分细菌存活。这些幸存的细菌是一个主要问题，因为它们已经对现有的药物治疗产生了耐药性。

论文共同通讯作者、纽约大学格罗斯曼医学院系统遗传学研究所Jonas Schluter博士实验室的博士后学者Nora Pyenson博士说， 了解一种以上的噬菌体如何在单个细菌中随时间存活，可能有助于设计下一代噬菌体鸡尾酒疗法。例如，每种噬菌体物种都可能在细菌生命周期的不同阶段攻击它，从而在对抗生素治疗产生耐药性之前杀死整个细菌群体。

Pyenson博士补充道， 噬菌体疗法尚未成为细菌感染的标准治疗方法，要么是因为在过去的尝试中，单个噬菌体并没有杀死所有目标细菌，要么是由于细菌经过进化后对噬菌体产生抵抗性，类似于抗生素耐药性的进化。

一些实验室已经在测试噬菌体治疗作为抗生素的替代性治疗方案。例如，论文共同作者、耶鲁大学的Paul Turner博士领导了一项临床试验，该试验使用噬菌体对抗铜绿假单胞菌，其中铜绿假单胞杆菌可导致囊性纤维化患者出现严重的肺部炎症。

噬菌体基因组是独特的，但在同一家族中具有序列同源性

Schluter博士实验室正在研究噬菌体在人类和小鼠肠道生态系统中的作用，这可能会影响未来治疗沙门氏菌等感染的方法。一种主要目标是预测噬菌体给送的影响，并设计在许多患者中普遍有效的噬菌体疗法，因而与目前必须针对单个患者量身定制的噬菌体疗法不同。

噬菌体生态学的重要性

理解物种多样性是生态学和进化生物学中的一个基本问题。从鸟类到植物再到细菌，实现多样性的一个主要因素是不同物种在竞争资源的同时找到了共存的方法。然而，传统上病毒并不是在这种 社会 背景下被考虑的。

在这项新的研究中，这些作者通过实验测试了一种长久以来的假设，即细菌的遗传多样性限制了噬菌体物种的多样性。这导致了一种预期，即一种噬菌体类型将胜过所有其他噬菌体，成为唯一的幸存者。然而，正如多细胞生物在其微生物组中容纳了各种各样的细菌物种一样，他们的结果表明，一种细菌菌株本身可以容纳多种噬菌体物种。

Pyenson博士补充道， 我们的研究有助于研究病毒社会生活这一新兴领域。我们通常纯粹从病毒对宿主的影响来看待病毒，但它们在其他病毒物种存在的背景下同时存在。这些噬菌体群落展示了即使在最简单的生物学中，多样性也是如何出现的。

有趣的是，人类肠道中存在多种细菌是健康的标志，因为不同的细菌物种（微生物组）能够更好地抵抗任何入侵的致病细菌物种的统治企图。出于同样的原因，占据肠道细菌的噬菌体群体也成为健康的重要调节因子，异常的噬菌体混合物被认为会导致败血症等疾病。

Schluter博士说， 这项研究代表了我们对噬菌体生态学理解的转变。这项研究代表了我们对噬菌体生态学理解的转变。多亏了Nora的研究工作，她在疫情期间在四个实验室进行了研究，我们如今可以开始了解噬菌体在具有不同病毒物种的社区中的进化，以及这如何塑造它们在健康和疾病中的作用。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

Nora C. Pyenson et al. . Science, 2024, doi:10.1126/science.adk1183.

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