噬菌体抗细菌生物膜机制及应用策略的研究进展

细菌生物膜(bacterial biofilms,BF)是细菌在生物或非生物表面所形成的复杂微生物群落,其形成显著增强了细菌毒力和耐药性,与高比例的慢性细菌感染相关,对人类健康造成严重威胁。传统抗生素和常用消毒剂在清除生物膜方面的能力有限,迫切需要一种有效的新策略治疗细菌生物膜。噬菌体(bacteriophage,phage)作为一类能感染并裂解细菌的病毒,具有较高的安全性和特异度,被认为是治疗细菌生物膜有前景的替代方法。该文综述了噬菌体抗细菌生物膜的作用机制、基于噬菌体及其衍生物在防控细菌生物膜形成的应用策略,为开发高效的噬菌体抗细菌生物膜方法提供新思路。

噬菌体裂解酶在畜禽生产中的应用研究进展

畜禽生产中抗生素的长期、大量不规范使用,导致细菌耐药性问题日益严重,给畜禽细菌性疾病的预防和治疗带来极大困难,甚至已经威胁到公共卫生安全。噬菌体裂解酶是噬菌体编码的一种肽聚糖水解酶,能够高效、特异地杀灭细菌且具有抗生物被膜活性,已经成为一种新型抗菌药物,逐渐被纳入细菌尤其是耐药菌感染的治疗策略。畜禽生产中,噬菌体裂解酶已经成功应用于金黄色葡萄球菌、链球菌等革兰阳性菌引起的畜禽细菌性疾病的防控与治疗中,其在大肠杆菌、沙门菌等革兰阴性菌上的应用尚处于体外研究阶段。笔者对噬菌体裂解酶的结构特点、作用机制及其在畜禽生产中的应用进行综述,探究噬菌体裂解酶在畜禽生产中的应用现状及前景,以期为噬菌体裂解酶更进一步地应用于防控和治疗细菌性疾病提供参考。

肠侵袭性大肠埃希菌噬菌体DK-13的生物学特性及应用

【目的】筛选并分离出能裂解肠侵袭性大肠埃希菌噬菌体,分析其生物学特性,并探究其对污染猪肉的杀菌作用。【方法】采用双层平板法分离鉴定噬菌体,并测定其最佳感染复数,一步生长曲线等,对其基因组进行测序分析以及裂解功效的测定。【结果】从医院污水中分离鉴定能特异裂解肠侵袭性大肠埃希菌(Enteroinvasive Escherichia coli,EIEC)的噬菌体并命名为DK-13,其呈典型的蝌蚪状外形,包含一个正二十面体的头部和一个可收缩的螺旋对称的尾部,属于肌尾噬菌体科(Myoviridae)噬菌体;生物学特性表明:最佳感染复数为0.01,潜伏期约为10 min,裂解期约为70 min,噬菌体DK-13能在50℃,pH 5.0-10.0条件下存活。全基因组测序表明,噬菌体基因组长约172 275 bp,GC含量为40.18%,预测其共有293个开放阅读框(open reading frames,ORF),未发现已知耐药基因和毒力基因。应用试验表明:被污染的猪肉中表现的杀菌效果良好,宿主菌的数量明显减少。【结论】分离并鉴定一株新的烈性噬菌体DK-13,DK-13具有潜伏期短、裂解效率高等优势,在食品安全方面具有很大应用潜力。

1株李斯特菌噬菌体的分离、保存及生物学特性研究

目的从食品销售环境样本中分离李斯特菌噬菌体,并对分离获得的噬菌体进行电镜形态观察、宿主谱及生物学特征分析。方法采用双层琼脂平板法和点滴法,以分离的英诺克李斯特菌Lin08作为宿主菌,成功分离并鉴定出一株烈性噬菌体LMLPA5,使用透射电镜观察噬菌体形态,并测定噬菌体的宿主谱、最佳感染复数(MOI)、一步生长曲线以及理化稳定性,同时探索噬菌体在4℃、-20℃及-80℃下的保存效果。结果分离获得的LMLPA5噬菌体属于肌尾噬菌体科,其形成的噬菌斑清晰透明,周围无晕环。该噬菌体为广谱的李斯特菌烈性噬菌体,能裂解多个李斯特菌种及单增李斯特菌多个血清型菌株。LMLPA5的最佳MOI为0.1,潜伏期为10 min,平均裂解量为95.2 PFU/cell。LMLPA5对高温较敏感,在70℃暴露1 h即完全失活,而在4℃~40℃作用32 h以上噬菌体仍能保持稳定。在pH为4~10 LMLPA5的活性不受影响,经紫外线照射60 min后噬菌体被完全灭活。LMLPA5对氯仿不敏感,为无囊膜型噬菌体。噬菌体在4℃及-80℃的保存效果较好,可稳定保存8个月以上。结论本研究获得的1株广谱李斯特菌肌尾噬菌体LMLPA5具有较强的裂解能力、抵抗力和稳定性,为进一步的应用提供了基础。

杀菌剂对青枯菌噬菌体RPZH6株系存活及防效的影响

[目的]明确杀菌剂对青枯菌噬菌体RPZH6株系存活及其防治番茄青枯病效果的影响,为噬菌体的高效利用提供理论依据。[方法]以烟草青枯菌毒性菌株RSZ5和无毒菌株RSsw326-2以及青枯菌噬菌体RPZH6株系为试材,采用纸片扩散法比较7种常用杀菌剂对青枯菌的抑菌效果;采用双层平板法测定杀菌剂对噬菌体RPZH6株系存活的影响;通过盆栽法接种四叶期番茄苗,比较杀菌剂和噬菌体复配施用对番茄青枯病的防治效果。[结果]2720 mg·L^(-1)68%精甲霜·锰锌水分散粒剂对毒性菌株RSZ5的抑菌效果最好,抑菌圈半径为0.39 cm;228 mg·L^(-1)4%春雷霉素水剂对无毒菌株RSsw326-2的抑菌效果最好,抑菌圈半径为0.50 cm。噬菌体与46%氢氧化铜水分散粒剂混合培养7 d后已检测不到噬菌体;噬菌体与3%噻霉酮水乳剂、3%中生菌素可湿性粉剂混合培养11 d后,噬菌体效价仍达1010 PFU·mL-1,与无菌水(CK)在同一个数量级。盆栽防效结果显示,接种后12 d,3%噻霉酮水乳剂和噬菌体复配施用对番茄青枯病的相对防效最大,为56.6%,高于3%噻霉酮水乳剂单独施用的相对防效(42.0%)。[结论]3%噻霉酮水乳剂和3%中生菌素可湿性粉剂对青枯菌有抑菌作用且对噬菌体存活的影响较小;3%噻霉酮水乳剂对噬菌体防治番茄青枯病具有增效作用。

口腔噬菌体的研究进展

噬菌体是专门感染细菌的病毒,是人体口腔微生态的重要组成部分。口腔中有多种噬菌体,其在口腔微生物群落中与细菌相互作用、共同进化,在维持口腔微生态系统的稳定中具有重要作用,发掘噬菌体与细菌之间的作用关系有利于了解口腔微生物群落的变化因素,而且可以利用噬菌体调控口腔微生态,保持口腔健康。随着抗生素耐药菌株的不断出现,传统的抗生素疗法遇到了重大挑战,由于噬菌体具有特异性、无毒性、自我增殖性等优势,噬菌体疗法已成为目前控制微生物感染的研究热点,为龋病、牙周病和口腔念珠菌病等口腔感染性疾病提供了新的研究方向。本文综述了噬菌体的生物学特征、主要的口腔噬菌体的研究现状、噬菌体在口腔微生态中的作用,以及噬菌体疗法在控制口腔致病菌方面的潜在应用,为噬菌体的研究提供参考。

大肠埃希菌裂解性噬菌体vB_EcoP-R1的特性及其抗细菌生物膜活性分析

目的从医院污水中分离大肠埃希菌特异性噬菌体,分析其生物学特性,并检测其对细菌生物膜的裂解作用。方法通过双层琼脂平板法分离纯化噬菌体,透射电镜观察其形态,并测定其一步生长曲线、体外裂解曲线、温度及酸碱稳定性。全基因测序分析噬菌体基因组组成及特性,结晶紫染色法评估噬菌体对宿主菌生物膜的清除效果。结果从医院污水中新分离1株大肠埃希菌特异性噬菌体,命名为vB_EcoP-R1;透射电镜下显示形态与尾病毒目足病毒科噬菌体成员相似,在-20~50℃的温度范围内以及在pH值5.0~11.0酸碱条件下能稳定存活。vB_EcoP-R1基因组全长为40875 bp,GC含量为49.94%,不含毒力基因和耐药基因。vB_EcoP-R1能够裂解临床分离的大肠埃希菌,且显示高度种属特异性。噬菌体作用于宿主菌预成形生物膜4 h后,对生物膜的清除率达到80.16%。结论vB_EcoP-R1是1株新的大肠埃希菌特异性噬菌体,裂解性强且种属特异性高,可裂解宿主菌已形成的生物膜,有望用于大肠埃希菌感染的替代治疗。

噬菌体临床应用监管法规的现状及展望

抗生素的广泛使用使得耐药和泛耐药病原菌不断涌现,对全球公共卫生造成了巨大威胁。目前,噬菌体治疗已成为抗击多重耐药菌的重要手段之一,在欧美国家和中国已经进行了临床应用。然而,中国目前尚未形成针对噬菌体治疗的专项监管法规,研究者发起的临床研究成为我国开展噬菌体治疗的主要形式,这制约了我国噬菌体治疗的进一步发展和广泛应用,亟需在当前的药品监管框架下,制定适当的噬菌体监管法规。因此,本文回顾了格鲁吉亚、美国、英国、比利时和中国的噬菌体治疗现状和监管法规框架,旨在为噬菌体临床治疗的监管提供参考。完善的噬菌体临床应用监管法规将极大促进噬菌体治疗在中国的推广和应用,也必将有效地遏制细菌耐药危机,更好地维护人民群众的生命健康安全。

OmniLog TM微生物鉴定系统在青海高原野生型鼠疫噬菌体宿主谱检测中的应用研究

目的采用两种微量法检测青海高原野生型鼠疫噬菌体的宿主谱,为今后噬菌体生态学研究和基于宿主范围噬菌体分类研究提供科学依据。方法基于OmniLog TM微生物鉴定系统微量法和微量点滴法,检测3株鼠疫噬菌体对2株鼠疫耶尔森菌(鼠疫疫苗株EV 76、614F)和4株非鼠疫耶尔森菌(假结核耶尔森菌PTB3、PTB5、大肠杆菌V517、小肠结肠炎耶尔森菌52302-2)的裂解情况。结果476号、087号和072204号鼠疫噬菌体均能成功感染鼠疫疫苗株EV 76、614F并依赖其生长繁殖,且基于OmniLog TM系统33℃培养48 h也能够观察到试验孔中四唑类染料颜色随着噬菌体数量的增加和宿主菌数量的减少而变淡。利用微量点滴法检测3株鼠疫噬菌体对4株非鼠疫耶尔森菌敏感性结果显示,28℃和37℃时476号鼠疫噬菌体对假结核耶尔森菌PTB5敏感,而087号和072204号对其不敏感;476号、087号和072204号鼠疫噬菌体对假结核耶尔森菌PTB3、大肠杆菌V517、小肠结肠炎耶尔森菌52302-2这3株非鼠疫耶尔森菌均不敏感,且基于OmniLog TM系统观察到试验孔与对照孔中细菌生长曲线和四唑类染料颜色分别呈现相似对应的结果。然而,以鼠疫疫苗株EV 76、614F为宿主菌,37℃时072204号鼠疫噬菌体微量点滴于固体培养基上不显示噬菌斑。结论基于OmniLog TM检测系统的噬菌体宿主范围测定法可以作为一种替代传统检测宿主谱的测定方法,在噬菌体与宿主菌相互作用研究中具有较好的应用价值。

鸭疫里默氏菌噬菌体宿主谱的拓宽

为建立一种拓宽鸭疫里默氏菌噬菌体噬菌谱的方法,将6株噬菌体混合液分别与6株宿主菌、18株多重耐药鸭疫里默氏菌(不能被6株噬菌体中的任何1株裂解)培养,收获培养液中的噬菌体,混合后同样进行30次传代。噬斑分析法测定30代混合液及混合液中单一噬菌体的噬菌谱。结果表明,30代噬菌体混合液可裂解79.2%(19/24)的鸭疫里默氏菌试验菌株;30代噬菌体混合液中分离出的单一噬菌体能裂解的试验菌株数量为2~9株;裂解数最多的5株单一噬菌体,以各自宿主菌传代10次,噬菌谱没有发生变化;将裂解谱互补的单一噬菌体混合,4株噬菌体即可裂解19株试验菌株,与30代噬菌体混合液相同。说明建立的方法可以拓宽噬菌体混合液、单一噬菌体的噬菌谱,为噬菌体鸡尾酒制剂的毒株选择奠定了基础。

噬菌体在溃疡性结肠炎治疗中的作用机制及应用研究进展

噬菌体是一类能够感染并寄生于其他微生物的病毒,可用于溃疡性结肠炎的治疗中。噬菌体可以通过抑制条件致病菌的定植来优化肠道菌群结构,同时,它能够减轻肠黏膜炎症、维持肠道黏液层屏障的完整性,此外,噬菌体还可通过激活并增强肠道免疫系统,有效抑制患者的炎症反应。噬菌体疗法包括口服噬菌体鸡尾酒制剂、粪便微生物移植,以及与益生菌等其他治疗手段的联合应用,为溃疡性结肠炎的个性化治疗提供了广阔的应用前景。

大肠埃希氏菌噬菌体swi2裂解系统的表达及协同抑菌活性测定

为了确定大肠埃希氏菌噬菌体swi2裂解系统的穿孔素(holin)与裂解酶(lysin1、lysin2)在裂解宿主菌过程中的协同作用,根据噬菌体swi2裂解系统的基因序列设计引物,搭桥PCR法分别扩增holin-lysin1、holin-lysin2、lysin1-lysin2基因,以pColdTF为载体,构建重组质粒pCold-holin-lysin1、pCold-holin-lysin2、pCold-lysin1-lysin2,在大肠埃希氏菌BL21中诱导表达,并测定各串联蛋白对大肠埃希氏菌BL21的菌内外裂解活性。结果表明,成功构建了噬菌体swi2裂解系统相关基因两两串联的重组质粒,并在原核系统中实现了holin-lysin1、holin-lysin2、lysin1-lysin2蛋白的可溶性表达。lysin1、lysin2具有天然的菌内和菌外裂解活性,而单独的holin未表现出任何抑菌活性;lysin1与lysin2、holin与lysin1之间无协同作用,而holin与lysin2之间存在协同作用,可以显著增强lysin2的菌内外裂解活性(P<0.05)。研究结果证明了lysin1和lysin2在噬菌体swi2增殖后期替代holin完成裂解宿主菌的过程,两者之间不存在协同作用,这将为进一步阐明噬菌体swi2的裂解机制提供参考。

沙门菌噬菌体YT90的分离鉴定及生物学特性分析

[目的]本文旨在分离针对肠炎沙门菌的烈性噬菌体并研究其生物学特性。[方法]从山东烟台某鸭场采集58份粪便样品,以鸭源肠炎沙门菌sdc-11为宿主分离噬菌体,并对噬菌体分离株进行形态学观察,对其温度和pH值稳定性、感染复数(MOI)、一步生长曲线进行测定和分析,测试其对71株不同血清型沙门菌的裂解谱,以及对沙门菌sdc-11生物被膜形成的抑制和对成熟生物被膜的清除作用,最后进行基因组测序分析。[结果]分离获得1株长尾噬菌体,命名为YT90。该噬菌体在30~60℃和pH值4~10的条件下,均表现出较好的增殖能力,最佳MOI值为10^(-5),潜伏期10 min,裂解期90 min,裂解量为每细胞278 PFU;可裂解66.7%(14/21)肠炎沙门菌、66.7%(28/42)鼠伤寒沙门菌和75.0%(3/4)鸡白痢沙门菌;在96孔细胞板上,YT90具有抑制沙门菌sdc-11生物被膜形成的潜力,并能有效清除成熟生物被膜;全基因组测序发现,YT90的基因组全长121240 bp,不含已知的毒力因子和耐药相关基因,不编码整合酶;基于末端酶大亚基构建的进化树分析表明,YT90与沙门菌噬菌体GRNsp50关系最近,属于根西病毒亚科(Guernseyvirinae)新泽西病毒属(Jerseyvirus)。[结论]从鸭场粪便样品中分离获得1株烈性噬菌体YT90,可裂解多种血清型沙门菌,耐受性强、潜伏期短、裂解量大,在防治沙门菌感染方面有较好的临床应用潜力。

噬菌体药物开发及质控研究进展

噬菌体治疗作为抗生素治疗细菌感染的替代方法之一,近年来受到越来越多科学家们的关注,该法主要用于针对由耐药菌及多重耐药菌(Multi-drug resistant,MDR)引起的公共卫生安全问题。如今,噬菌体在农业和兽医治疗方面及其在西方国家用于人类治疗方面越来越受到重视,过去几十年西方世界进行了许多临床试验和治疗探索,并且国外某些授权药店正在销售人用噬菌体药物。但噬菌体用于人类治疗时仍然存在一些问题,如噬菌体的高度特异性限制了其应用范围和噬菌体制剂管理法规不完善使得其不能进行规模化生产等。本文结合我国现行药典关于生物制品生产、制备及质量控制要求和欧洲药品管理局(The European Medicines Agency,EMA)近年来以噬菌体治疗药物批准途径的探索为参照,着重对噬菌体库构建与控制、噬菌体制备与质控和临床前测试等进行分析。

群体感应在噬菌体与细菌交互中的核心作用

在微生物生态系统中,细菌与噬菌体之间的复杂互动如同一场微观战争,而群体感应(quorum sensing,QS)系统则是这场战争中的关键通信网络。本文综述了QS系统的基本机制、对细菌群体行为的调控作用及其在细菌与噬菌体互作中的重要性。细菌通过分泌和感知特定信号分子,利用QS系统调控群体行为和基因表达,以应对环境变化和密度压力。而噬菌体作为细菌的克星,其编码的蛋白或产物能够干扰宿主的QS系统,从而影响宿主行为,进而提高噬菌体的感染和传播效率。深入研究QS系统在微生物交互中的作用,不仅有助于揭示微生物战争的复杂机制,还能推动耐药菌防治和生物技术的发展。

噬菌体疗法及其在畜禽养殖过程中的应用

噬菌体是一种专门裂解细菌的微生物,可作为一种天然的抗菌制剂,具有特异性强、副作用小、无药物残留等特点。本文论述了噬菌体作用机制、疗法及其在畜禽养殖生产上的应用进展。

DiffXGPBI:基于差值特征向量和XGBoost的噬菌体细菌互作预测模型

抗生素的滥用导致细菌出现耐药性并严重阻碍了细菌感染治疗的发展,然而噬菌体的出现使得细菌耐药性的肆虐得到了缓解,噬菌体疗法逐步成为治疗细菌感染的重要手段.为了更高效地筛选用于治疗的噬菌体,需要采用比传统湿实验更快捷有效的筛选方法 .传统的计算方法往往以宿主作为预测标签,忽视了两者序列间相互作用的本质.此外,现有的方法通常仅限于种和属的水平,种内预测方法非常少见.由于物种的完整基因组信息往往难以获取,现有数据库中大多数菌株仅包含部分基因组信息.在此背景下,提出一种新的噬菌体-宿主互作预测方法,通过K-means负采样,构建差值特征向量,用于筛选代表性的负样本进行模型训练,最终本研究开发了基于差值特征向量和XGBoost的预测工具DiffXGPBI.实验结果显示,各菌种的平均预测AUC(Area Under the Curve)达到0.92,外部验证集的总体预测AUC和AUPR(Area Under the Precision-Recall curve)达到0.91和0.88,优于其他预测工具.关于特征和模型的消融实验表明,DiffXGPBI的每个模块是必要的,并且的确对预测性能起到提升作用,证实了模型的合理性.此外,基于新的未知PHI(phage host interaction)和种内案例的预测实验,验证了DiffXGPBI的泛化性和种内预测的潜力.综上,本研究提出的特征工程和预测思路提高了互作预测的鲁棒性和稳定性,具有较高的泛化性,为噬菌体治疗的快速筛选提供了新方向和见解.

抗噬菌体发酵剂在乳品工业中的应用及对发酵过程的控制

近年来,随着乳品消费需求的持续增长和生产工艺的不断升级,乳品工业面临着日益严峻的微生物安全问题,其中噬菌体污染对乳品发酵过程的影响尤为突出。噬菌体是侵染乳酸菌的病毒,其广泛分布与快速增殖特性严重威胁着乳品发酵的稳定性与产品质量,影响着乳品企业的经济效益和市场声誉。噬菌体污染已成为制约乳品发酵稳定性和产品质量的关键因素。抗噬菌体发酵剂的研发与应用,结合严格的工艺控制措施,为应对这一挑战提供了有效的解决方案,以确保乳品发酵的顺利进行和产品质量的提升。本文探讨抗噬菌体发酵剂在乳品工业中的重要作用及其对发酵过程的控制策略。

一株具有多种毒力基因的粪肠球菌噬菌体的研究分析

以之前分离出的奶牛乳房炎源粪肠球菌SL22为宿主菌,从临床型乳房炎乳样中分离纯化噬菌体,对其进行生物学特性分析、小鼠治疗试验及毒力基因与耐药基因检测。结果分离到1株噬菌体,该噬菌体形成的噬菌斑如针尖状,电镜下发现该噬菌体无尾,头部呈对称多面体,直径约66 nm,将其命名为vB_Eco T_PSL22(简称PSL22);只裂解其宿主菌,核酸类型为dsDNA;最佳感染复数为0.1,裂解量约为52 PFU/cell;在p H4.0~12.0时活性稳定,能耐受60℃左右高温。对小鼠治愈率为33.33%(2/6),含有2个耐药基因(Acc和aac(3)-Ⅳ)和4种毒力基因(gelE、cylA、ace和efaA)。通过本次试验,可为临床型乳房炎奶牛乳房中噬菌体的多样性研究提供参考,也可为研究奶牛乳房中的微生态系统提供依据。

山羊伪结核棒状杆菌噬菌体的分离鉴定

为获得有效抗山羊伪结核棒状杆菌感染的生物制剂,根据NCBI登录的伪结核棒状杆菌菌株及棒状杆菌属噬菌体序列信息分别对其时间和地理分布进行统计,并以山羊伪结核棒状杆菌为宿主菌,从陕西有山羊伪结核患病史羊场的环境污水中分离噬菌体,采用双层平板法对该噬菌体进行分离和表征鉴定。结果显示,山羊伪结核棒状杆菌病的发生呈全球性分布,其中以美国与巴西最为严重,美国也是棒状杆菌属噬菌体分离株的主要来源地;分离出的1株噬菌体命名为M2;噬菌体M2呈典型的20面体结构,最佳感染复数为0.1,潜伏期为20 min,裂解周期为60 min,平均裂解量约为690 PFU/cell,表明获得了1株对伪结核棒状杆菌具有裂解作用的噬菌体。研究结果可为山羊伪结核棒状杆菌感染防控提供流行病学数据参考,并可为山羊伪结核棒状杆菌感染的临床治疗提供潜在新方法。