噬菌体混合物对抗耐抗生素细菌形成的生物膜的有效性

《Infection and Drug Resistance》：Efficacy of Phage Cocktails Against Biofilms Formed by Antibiotic-Resistant Bacteria

噬菌体鸡尾酒可有效降解铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌生物膜，生物膜 biomass 减少达34.1%-52.8%，电镜显示结构破坏，PCR验证耐药及生物膜相关基因。

　　随着全球范围内抗生素耐药性的不断上升，多重耐药菌株（Multidrug-Resistant Strains, MDR）的感染问题日益严峻。其中，肺炎克雷伯菌（*Klebsiella pneumoniae*）和铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa*）作为常见的医院获得性感染病原体，不仅因其耐药性而令人担忧，还因其能够形成生物膜（biofilms）而进一步加剧了治疗难度。生物膜是由细菌附着于固态表面并被外多聚糖基质包裹的结构，具有高度的结构复杂性和抗性特征。这种结构使得细菌在面对抗生素和宿主免疫系统时，表现出显著的耐受性，从而导致感染难以根除。因此，探索新的抗菌策略，尤其是基于噬菌体（bacteriophages）的疗法，成为当前研究的重点。

在临床实践中，肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌的多重耐药性已被广泛记录，且它们在医疗设备表面形成生物膜的能力也使得感染的防控变得更加复杂。这些细菌通过基因编码，能够产生与生物膜形成相关的蛋白质，如*fimH*、*mrkA*和*matBecp*（对于肺炎克雷伯菌）以及*algD*、*PslD*和*PelF*（对于铜绿假单胞菌）。同时，它们还携带多种抗生素耐药基因，如*bla_NDM-1*、*bla_KPC*、*bla_OXA-48*、*bla_CTX-M-1*、*bla_TEM*等，这些基因的存在使得它们对常规抗生素的敏感性大幅降低。因此，传统的抗菌治疗手段往往难以有效控制由这些细菌引起的感染，尤其是当它们形成生物膜时。

鉴于抗生素耐药性问题的持续恶化，科学家们开始寻找替代或补充治疗方案。噬菌体疗法作为一种自然存在的抗菌手段，近年来受到越来越多的关注。噬菌体是能够感染特定细菌的病毒，其结构和酶系统具有破坏生物膜基质的能力。研究表明，噬菌体不仅可以直接裂解细菌细胞，还能通过降解生物膜中的外多聚糖基质，从而削弱细菌的生存能力。这种特性使得噬菌体在对抗生物膜形成菌株方面展现出独特的优势。此外，噬菌体与抗生素的联合使用也显示出协同效应，能够增强抗生素的抗菌效果，同时降低细菌对单一抗生素产生耐药性的可能性。

本研究旨在评估两种噬菌体混合物对多重耐药菌株形成的生物膜的破坏能力。研究人员从基辅的市政污水中分离出14种噬菌体，并将其分为两类：一类针对肺炎克雷伯菌菌株No. 361（共9种噬菌体），另一类针对铜绿假单胞菌菌株No. 7（共5种噬菌体）。随后，这些噬菌体被用于不同模型下的生物膜破坏实验，包括玻璃载玻片、聚苯乙烯板孔和聚氯乙烯（PVC）中心静脉导管。实验结果显示，使用浓度不低于10^7 PFU/mL的噬菌体混合物，能够在24小时内显著降低生物膜的生物量和细菌存活率。例如，在PVC导管模型中，对肺炎克雷伯菌菌株No. 361的生物膜处理后，其生物量减少了34.5%，而对铜绿假单胞菌菌株No. 7的生物膜处理后，生物量减少了34.1%。在聚苯乙烯板孔模型中，这两种菌株的生物膜分别减少了39.3%和52.8%。这些结果表明，噬菌体混合物在不同模型下均表现出良好的抗菌效果，尤其是在对抗多重耐药菌株形成的生物膜方面。

实验过程中，研究人员采用了多种技术手段来评估生物膜的破坏效果。其中包括光学显微镜和扫描电子显微镜观察生物膜的形态变化，以及使用结晶紫染色法进行定量分析。这些方法能够直观地展示噬菌体对生物膜的破坏过程，同时也为评估其抗菌效果提供了可靠的数据支持。此外，研究人员还通过聚合酶链式反应（PCR）技术检测了菌株中与生物膜形成和抗生素耐药性相关的基因，进一步验证了菌株的特性及其对噬菌体的反应机制。

在研究过程中，研究人员还注意到，单一噬菌体的使用可能会导致细菌对噬菌体产生耐药性，因此采用噬菌体混合物（cocktails）能够有效克服这一问题。噬菌体混合物不仅提高了对细菌的杀灭效率，还增强了其对生物膜的破坏能力。这种策略在临床应用中具有重要意义，因为它可以降低细菌对单一噬菌体产生耐药性的风险，同时提高治疗的广谱性和有效性。此外，噬菌体与抗生素的联合使用也显示出潜在的协同效应，这种效应在对抗生物膜相关感染时尤为重要，因为生物膜的结构往往阻碍抗生素的渗透。

然而，尽管噬菌体疗法在实验室条件下表现出良好的抗菌效果，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，本研究仅测试了两种临床分离株，这可能限制了研究结果的普适性，因为不同菌株的生物膜形成能力和抗生素耐药性可能存在差异。其次，实验中的生物膜是在体外条件下形成的，虽然模拟了部分真实情况，但未能完全反映体内复杂的生理和免疫环境。此外，研究主要关注了24小时形成的生物膜，而未探讨更成熟的生物膜（如3至5天形成的生物膜）对噬菌体的反应情况，这可能影响对长期医疗设备感染的治疗效果评估。最后，研究未涉及噬菌体与其他抗菌剂（如抗生素或消毒剂）的相互作用，这限制了对联合治疗策略的全面理解。

综上所述，噬菌体疗法在对抗多重耐药菌株形成的生物膜方面展现出巨大潜力。通过使用噬菌体混合物，研究人员能够有效降低生物膜的生物量和细菌存活率，从而为临床治疗提供新的思路。然而，为了进一步推广这一疗法，仍需在多个方面进行深入研究，包括扩大菌株样本范围、优化噬菌体混合物的组成、评估体内环境下的治疗效果以及探索与其他抗菌手段的协同作用。此外，还需要关注噬菌体在实际应用中的安全性、稳定性和可重复性，以确保其能够成为一种可靠且有效的抗菌治疗方案。随着对噬菌体生物学特性和作用机制的不断深入研究，未来有望开发出更加精准和高效的噬菌体疗法，为对抗多重耐药菌株和生物膜相关感染提供新的希望。