对噬菌体Henu12具有抗性的突变体在志贺氏痢疾杆菌（Shigella dysenteriae）中引发了适应性权衡

《Microbiology Spectrum》：Phage Henu12-resistant mutant derives fitness trade-offs in Shigella dysenteriae

本研究从禽类养殖场污水样本中分离出新型溶菌噬菌体Henu12，属于Caudoviricetes目，基因组为线状双链DNA，含90个开放阅读框，无整合酶、毒力因子及抗生素耐药基因。Henu12与Shigella phage Sf15及Escherichia phage vB_EcoM_3HA14高度同源。协同实验显示，Henu12与多粘菌素B、四环素和头孢他啶联用可显著增强杀菌效果。通过基因组测序发现，Henu12耐药突变体存在waaH基因插入突变，导致脂多糖（LPS）合成相关基因表达下调，同时出现环境压力耐受性下降、生物膜形成受阻及体内定植能力减弱等适应性代价。该研究为噬菌体联合抗生素治疗耐药性志贺菌感染提供了新思路。

　　随着全球范围内多重耐药菌株的迅速出现，寻找新的治疗策略变得尤为重要。特别是对于像志贺氏菌（Shigella）这样的病原体，其引发的志贺氏菌病（shigellosis）已成为公共卫生领域的重大挑战。由于传统抗生素的广泛使用，多重耐药菌株的出现使得现有治疗手段的有效性受到严重威胁，因此探索替代性治疗方法成为迫切需求。噬菌体疗法作为一种潜在的解决方案，近年来受到了越来越多的关注。噬菌体能够特异性地感染和裂解目标细菌，且其对宿主细胞的攻击机制不会影响人体正常细胞，这使其成为抗生素治疗的一种有力补充。然而，噬菌体疗法在临床应用中也面临一个关键问题：细菌可能通过进化出抗噬菌体的变异株来逃避噬菌体的攻击。这种噬菌体抗性可能伴随着细菌适应性上的代价，从而影响其在自然环境中的生存能力和致病性。因此，深入理解噬菌体抗性与细菌适应性之间的关系，对于噬菌体疗法的成功应用至关重要。

在本研究中，科学家们成功分离出一种针对志贺氏菌的新型裂解性噬菌体Henu12。该噬菌体被归类为Caudoviricetes类，具有良好的热稳定性、pH适应性和对氯仿的抵抗力。这些特性使其在临床应用中具有较大的潜力。噬菌体Henu12的基因组为线性双链DNA，长度为69,779个碱基对，包含90个开放阅读框（ORFs），其中56个编码假定蛋白，而其余34个则编码具有功能的蛋白。这些蛋白被归类为DNA代谢、裂解、包装和结构相关模块。值得注意的是，该噬菌体的基因组中并未发现整合酶、毒力因子或抗生素抗性基因，这一特性为其在临床中的应用提供了支持。

进一步的实验表明，噬菌体Henu12与多种抗生素的联合使用能够显著提高其对志贺氏菌的杀灭效果。例如，当与多粘菌素B（POL）、四环素（TCY）和头孢他啶（CAZ）联合使用时，噬菌体的杀灭效果超过了单独使用抗生素或噬菌体的效果。这一发现提示，噬菌体与抗生素的协同作用可能是未来治疗多重耐药志贺氏菌感染的重要策略。然而，研究也指出，某些抗生素如四环素和头孢他啶虽然能够延缓噬菌体抗性的发展，但无法完全阻止其出现。此外，与其他抗生素如环丙沙星（CIP）、氨苄西林（AMP）和利福平（RIF）的组合则主要表现出相加效应，而非协同效应。

为了进一步验证噬菌体抗性的发展及其对细菌适应性的影响，研究团队从噬菌体与志贺氏菌共同培养的环境中筛选出了一种噬菌体抗性变异株。通过斑点实验和倒置斑点实验，研究人员发现该变异株对噬菌体Henu12的吸附能力显著下降，表明其可能通过改变特定的受体结构来获得抗性。同时，基因表达分析显示，与脂多糖（LPS）合成相关的多个基因在该变异株中被显著下调，这可能是导致噬菌体抗性的关键机制。此外，该变异株在体外生长速率与野生型菌株相似，但在面对环境压力时表现出更高的敏感性。例如，在不同的pH值和温度条件下，变异株的生长受到抑制，且在体内定植能力也明显减弱。这些结果表明，尽管噬菌体抗性能够帮助细菌逃避免疫攻击，但它也可能带来一系列适应性代价，包括对环境压力的敏感性增加和体内存活能力下降。

在进一步的基因组分析中，研究人员发现该噬菌体抗性变异株的基因组中存在19处突变，其中18处为插入-缺失（indel）突变，1处为单核苷酸多态性（SNP）。这些突变主要分布在与LPS合成、ABC转运蛋白、两组分调控系统和DNA修复相关的基因中。特别值得注意的是，变异株中与LPS合成相关的waaH基因发生了多碱基插入突变，这可能导致该酶的功能受损，从而改变LPS的核心结构，进而影响噬菌体的吸附能力。这一发现为噬菌体抗性的机制提供了重要的线索，同时也为噬菌体疗法的优化提供了理论依据。

研究还揭示了噬菌体抗性与细菌适应性之间的复杂关系。虽然某些突变可能赋予细菌对噬菌体的抗性，但这些突变也可能影响其在自然环境中的生存能力，包括对环境压力的耐受性和体内定植能力。这种适应性代价在一定程度上限制了噬菌体抗性变异株的传播能力，从而可能降低其在自然环境中的优势。这一发现为噬菌体疗法的应用提供了重要的支持，表明在某些情况下，噬菌体抗性可能并不利于细菌的长期生存，反而可能成为其进化过程中的一个负担。

此外，研究还指出，噬菌体与抗生素的协同作用可能不仅仅依赖于它们的直接杀灭效果，还可能涉及更复杂的相互作用机制。例如，多粘菌素B通过干扰细菌细胞膜的通透性和完整性，可能为噬菌体的裂解作用创造更有利的条件。四环素作为一种抑制蛋白质合成的抗生素，可能通过影响细菌的生长模式，使其更容易被噬菌体感染。而头孢他啶则可能通过诱导细菌细胞的丝状化，从而增加噬菌体颗粒的产量。这些机制表明，噬菌体与抗生素的协同作用可能具有多种方式，而不仅仅是它们的简单叠加。

综上所述，本研究不仅揭示了噬菌体Henu12的生物学特性和基因组特征，还通过实验验证了其与抗生素的协同作用，以及噬菌体抗性变异株的适应性代价。这些发现为噬菌体疗法在临床中的应用提供了重要的理论支持和实验依据。同时，研究也强调了在噬菌体疗法推广过程中，需要进一步关注噬菌体抗性可能带来的影响，并通过深入研究噬菌体与细菌之间的相互作用机制，优化治疗方案，以最大程度地发挥噬菌体疗法的优势。未来，随着对噬菌体抗性机制的深入理解，以及对噬菌体与抗生素协同作用的进一步探索，噬菌体疗法有望成为对抗多重耐药志贺氏菌感染的新策略。