一株新型裂菌性噬菌体Premi的分离鉴定及其对耐药性奇异变形杆菌生物被膜的破坏作用

《Scientific Reports》：Isolation and characterization of biofilm-disrupting proteus phage Premi

本研究针对多重耐药性奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）引起的导管相关尿路感染（CAUTIs）难题，分离获得一株新型裂菌性噬菌体Premi。研究发现该噬菌体在pH 3-11范围内保持稳定，能有效抑制并减少59-68%的已形成生物被膜，基因组分析显示其为不含毒力因子和耐药基因的T7样噬菌体。该研究为开发针对耐药性奇异变形杆菌的噬菌体疗法提供了新的候选株。

　　

在抗生素耐药性日益严重的全球公共卫生危机背景下，奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）作为导管相关尿路感染（CAUTIs）的主要病原体之一，其多重耐药性和生物被膜形成能力使得临床治疗变得异常棘手。这种革兰氏阴性菌能够通过其独特的群游运动、菌毛附着以及在导管表面形成致密生物被膜等毒力因子，成功定植于泌尿系统，而其所产的β-内酰胺酶和外排泵等耐药机制更是让传统抗生素束手无策。正当医学界苦苦寻求应对策略之时，一种古老的微生物——噬菌体（bacteriophage），重新走进了科学家们的视野。噬菌体疗法以其高度特异性靶向杀菌的特点，为对抗耐药菌感染带来了新的希望。然而，目前公共数据库中仅收录了61株奇异变形杆菌噬菌体，资源匮乏严重限制了相关疗法的开发。

为此，来自德州农工大学噬菌体技术中心的研究团队开展了一项针对性研究，成功从美国德克萨斯州纳瓦索塔污水处理厂的污水进水口中分离出一株新型烈性噬菌体，并将其命名为Premi。相关研究成果已发表在《Scientific Reports》上。

本研究采用的主要技术方法包括：通过双层琼脂法从环境样本中分离和纯化噬菌体；利用透射电子显微镜（TEM）观察病毒颗粒形态；通过效率平板测定（EOP）分析宿主范围；评估噬菌体在不同pH条件下的稳定性；采用结晶紫染色法定量分析噬菌体对预形成生物被膜的抑制效果；通过Illumina测序平台完成全基因组测序，并进行生物信息学注释和比较基因组学分析；使用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）鉴定病毒颗粒的结构蛋白。

Phage isolation and morphology characterization

研究人员以奇异变形杆菌（ATCC 29906）为宿主菌，从环境样本中成功分离出噬菌体Premi。该噬菌体在宿主菌苔上形成边缘清晰、直径约1毫米的透明噬菌斑，表现出烈性噬菌体的典型特征。透射电镜观察显示，Premi病毒颗粒具有二十面体结构的头部（直径约35纳米）和短的非收缩性尾部，根据形态特征被归类为有尾噬菌体目（Caudoviricetes）成员。

Phage Premi lysis pattern and host range

通过不同感染复数（MOI）下的裂解曲线分析，发现Premi在所有测试条件下均能引起宿主菌群的完全裂解，证实了其烈性特性。宿主范围测定结果显示，在测试的30株奇异变形杆菌临床分离株中，Premi仅能感染其中4株（包括其分离宿主），表现出较窄的宿主特异性。此外，Premi对其他测试的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均无感染能力。

pH stability and inhibition of biofilm formation by phage Premi

稳定性测试表明，Premi在pH 3至11的范围内处理3小时后仍能保持稳定活性，但在pH 2和12条件下完全失活。尤为重要的是，抗生物被膜实验显示，Premi处理能显著减少奇异变形杆菌形成的24小时成熟生物被膜，生物被膜生物量降低幅度达59%至68%，证明其具有强大的抗生物被膜能力。

10 PFU）处理后，通过结晶紫染色法测量的奇异变形杆菌生物被膜形成情况。与阴性对照相比减少显著的ANOVA检验标记为****（p≤0.0001）。'>

Genome features and annotation of phage Premi

全基因组测序显示，Premi基因组为42,785 bp的线性双链DNA，GC含量为38.7%。共预测到50个蛋白质编码基因，其中23个被赋予了推定功能，包括负责DNA复制、修饰、裂解以及病毒颗粒结构的基因。通过质谱分析验证了病毒颗粒中的结构蛋白组成。比较基因组学分析表明，Premi与奇异变形杆菌噬菌体PM 85具有96%的核苷酸相似性，具有典型的T7样噬菌体基因组结构，被归类为自录病毒科（Autographiviridae）的Acadevirus属成员。重要的是，基因组分析未发现整合酶基因、抗生素耐药基因、毒力因子或毒素基因，表明其安全性良好。

研究结论与意义

本研究成功分离并全面表征了一株新型烈性奇异变形杆菌噬菌体Premi。该噬菌体具有典型的短尾噬菌体形态和裂解性感染周期，在较宽pH范围内保持稳定，对临床分离的奇异变形杆菌菌株表现出特异性裂解活性，并能有效减少已形成的生物被膜。基因组分析证实Premi为T7样噬菌体，不含已知的毒力因子和耐药基因，安全性良好。

该研究的重要意义在于为应对多重耐药性奇异变形杆菌感染提供了新的治疗候选株。Premi强大的抗生物被膜能力尤其适用于治疗导管相关尿路感染，因为生物被膜形成是这类感染难以根治的关键因素。随着抗生素耐药性问题日益严峻，噬菌体疗法作为传统抗生素的替代或辅助手段展现出巨大潜力。尽管Premi宿主范围较窄，这可能限制其单药应用，但正因如此，它非常适合与其他噬菌体组合成鸡尾酒疗法，从而扩大杀菌谱并减少耐药性产生。研究团队强调，未来需要扩大对奇异变形杆菌噬菌体资源的收集和表征，并深入研究Premi与更多革兰氏阴性菌的相互作用动力学，优化其生产和纯化工艺，为最终临床应用奠定基础。Premi的发现不仅丰富了噬菌体资源库，也为开发针对耐药菌感染的新型治疗策略提供了重要科学依据。