【感染科普笔记2023-8-14】谢建平丨噬菌体与分支杆菌生物被膜防控

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讲者丨谢建平（西南大学生科院现代生物医药研究所）
整理丨卢锋（黔西南州人民医院）
审核丨蓝雪0816
来源丨SIFIC 2022“全国感控与耐药感染”联合大会
生物被膜的形成，给抗菌治疗带来巨大的困难及挑战，尤其分支杆菌易形成生物被膜。噬菌体的发现及临床应用研究给抗感染治疗带来了新的机遇。SIFIC 2022“全国感控与耐药感染”联合大会上，西南大学生命科学学院现代生物医药研究所谢建平教授在《噬菌体与分支杆菌生物被膜防控》中对噬菌体对抗生物被膜的理论研究和应用进行了讲解，对理解噬菌体如何发挥治疗作用有很大的启发和帮助。



一、噬菌体是现代生物学基础理论与应用的先锋最近20年，生物被膜、结核分枝杆菌生物被膜和噬菌体的研究逐渐成为热点，噬菌体引领了现代分子生物学的研究的历程，从确定DNA是遗传物质到今天精准的基因组编辑工具，都离不开以噬菌体作为研究模型以及作为工具的提供者。四个诺贝尔奖可以证明噬菌体为现代分子生物学奠定了基础。1969年利用噬菌体DNA转移到细菌，证实了DNA是遗传信息；1978年，细菌免疫限制性内切酶及其分子遗传学应用；2018年利用噬菌体展示肽段和抗体，作筛药和诊断试剂的工具；2020年在细菌免疫的研究中，发现基因组编辑方法-CRISPR/Cas9。
二、生物被膜与微生物耐药密切相关分枝杆菌噬菌体具有一种特殊的PurZ基因组，可作为下一步治疗分枝杆菌感染的靶点。
（一）噬菌体抗-CRISPR分子噬菌体通过抗CRISPR蛋白通过与CRISPR分子干扰蛋白直接作用破坏靶DNA的结合，或利用Anti-CRISPR蛋白抑制CRISPR-Cas的靶点切割对抗细菌的免疫，达到保护噬菌体的作用。
（二）生物被膜形成的阶段与防控策略噬菌体在防控生物被膜（anti-biofilm）有非常重要的作用，针对形成生物被膜的四个阶段采取有不同的控制策略。

• 在细菌附着阶段，靶向浮游细菌；
• 在增殖阶段，靶向浮游细菌粘附以后增殖的群体感应信号；
• 在生物被成熟阶段，阻止形成生物被膜的细胞外基质的产生，如多糖、脂类、蛋白质和胞外DNA 、eDNA等物质，从而控制生物被膜的形成；
• 在播散阶段，是用纤维素酶、蛋白酶等，破坏生物被膜，将被膜中的细菌分散、杀灭。
  

（三）分枝杆菌生物被膜形成与感染的代谢调控因子分枝杆菌的生物被膜较明显，分枝杆菌中转录因子EmbR、 DevR、Whib3、Lsr2之间的协同作用有助于细胞壁重塑和细胞外基质成分的合成，形成生物膜，进而影响药物耐受性和免疫系统调节，建立持续性和慢性感染。第二信使环鸟苷二磷酸（c-di-GMP）和鸟苷四磷酸（（p）ppGpp）的稳态在细胞间通讯中起着关键作用，介导细胞聚集和微菌落形成，调控生物膜的形成，与感染的耐药和滞留相关。
（四）细菌生物被膜形成具有类似年轮的表型当碳源、氮源等细菌食物周期性的变化，细菌会形成一圈一圈的类似树年轮的生物被膜应对的环境变化。
（五）宿主菌产生群体感应的自诱导分子控制噬菌体的裂解-溶原命运决定噬菌体会受到生物被膜产生的自诱导分子调控，也可以“监听”宿主细菌的群体感应系统，根据宿主细胞密度改变噬菌体的裂解-溶原性决策。
（六）生物被膜参与细菌——噬菌体相互作用群体感应系统信号分子诱导细菌生物被膜形成，导致细菌对噬菌体的抵抗。噬菌体或噬菌体产生的相关物质阻碍细菌生物被膜的形成。
目前在分枝杆菌生物被膜当中，发现至少有100多个基因跟群体感应密切相关，这些分子形成相互作用的网络，但没有高度集中的核心蛋白。
结核菌感染在肺部会形成典型的肉芽肿，在肉芽肿中细菌菌会形成紧密的团体。分支杆菌噬菌体的基础组分WT-pAL-gp 39会使抗生素的增效，影响细菌表面的生物被膜，菌落的大小以及菌落表面的生物被膜致密性和形态粗糙、光滑程度，主要原因是显著下调与脂代谢相关的基因；SWU1 gp39破坏分枝杆菌细胞壁的主要成分长链脂肪酸的正常合成，与结核菌支菌酸、脂类等细胞结构相关。
噬菌体的组分能破坏宿主的相互作用，影响生物被膜形成。噬菌体SWU1 gp 67基因可作为肌蛋白交换因子的干扰分子，在宿主体内肌蛋白交换因子发挥作用，通过模拟来干扰肌蛋白交换系统。
三、分枝杆菌噬菌体及其组分临床应用有报道用两种分枝杆菌噬菌体静脉滴注，对难治性脓肿分枝杆菌肺部感染合并重度囊性纤维化肺病患者治疗，随后成功进行肺移植。噬菌体用途：

• 直接用于治疗感染；
• 噬菌体酶或组分驱散生物膜；
• 作为抗菌药物的增效剂。
  

小结：噬菌体是克服生物被膜耐药的重要工具；分枝杆菌的噬菌体及其功能元件、信号通路、作用靶标、基因工程改造，是治疗耐药感染非常重要的基础性的工具。

封面图片来自网络

图文：王小虾

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