《Advanced Agrochem》：Microbial heterogeneity-mediated treatment evasion and the potential for engineered live biotherapeutic products
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微生物遗传和非遗传异质性导致治疗耐药，真菌因缺乏特异性靶点、抗药性上升及生态相似性更难治疗。工程化活生物疗法产品（eLBPs）可局部递送、长期定植并针对耐药亚群，有望突破传统抗真菌治疗局限。
Eli G. Cytrynbaum | Megan N. McClean
威斯康星大学麦迪逊分校细胞与分子生物学系，美国威斯康星州麦迪逊市 53706
摘要
微生物群体表现出遗传和非遗传的异质性。在临床背景下，这种异质性令人担忧，因为它使某些微生物群体具有更强的免疫逃逸能力和抗菌素耐药性。真菌病原体尤其值得关注，因为全球范围内真菌疾病和抗真菌药物耐药性正在增加，而且真核细胞之间的相似性使得难以找到既能杀死真菌又不会伤害人体宿主的目标。工程化的活体生物治疗产品（eLBPs）可能提供一种替代和补充的方法来管理和治疗这些异质性微生物群体，因为它们能够局部递送治疗药物、实现长期持续治疗、感知环境变化，并针对有毒或耐药的微生物进行特异性治疗。然而，针对真菌的eLBPs的开发仍然有限。
本文综述了我们对微生物遗传和非遗传异质性的当前理解，以及这些异质性如何影响治疗策略，特别是针对致病真菌的治疗。我们重点关注Candida酵母菌，尤其是Candida albicans，因为Candida属物种是最常见的机会性真菌病原体。我们探讨了eLBPs在应对异质性和日益严重的真菌感染方面的现状和潜力。
引言
微生物的遗传和非遗传来源导致了其群体内的高度表型多样性。异质性的来源多种多样，包括基因重组、基因表达的随机性以及微生物与异质环境的相互作用。异质性是传统抗菌疗法面临的主要挑战，因为它使某些微生物亚群能够适应抗菌压力[1]。这种适应可以表现为多种形式，从即使在接受治疗的情况下整个微生物群落仍能继续生长的耐药菌株，到在治疗终止后能够重新生长的持久性细胞小亚群（见表1）。不易被杀死的微生物的存活会导致个体治疗失败和疾病复发，从而促进越来越耐药的病原体的传播。在长期预防性治疗中，抗菌适应尤其成为一个威胁，因为这为耐药性的产生提供了充足的机会[2]（见图1、图2）。
由于气候变化导致真菌分布范围扩大以及抗真菌药物耐药性的增加，真菌疾病尤其令人担忧[3,4]。经济因素以及真核细胞之间的相似性使得难以找到具有高度选择性的真菌靶点，这也减缓了新型抗真菌药物的研发[5]。真菌病原体和共生菌表现出高度的异质性，进一步增加了有效治疗的难度。除了与原核微生物共有的异质性来源外，真菌还通过交配交换遗传物质，并具有多种不同的细胞状态。这有助于真菌在各种微生物生态位中生存并形成复杂的群体（如生物膜），但也促进了抗真菌适应性的产生。因此，迫切需要创新的方法来治疗真菌疾病。
工程化的活体生物治疗产品（eLBPs）最近在治疗包括化疗耐药癌症和代谢性疾病在内的难治性疾病方面显示出巨大潜力[6]。eLBPs为扩展现有的抗真菌治疗手段提供了有力途径，而具有抗真菌能力的人类共生菌为设计eLBPs提供了基础[7]。eLBPs能够针对特定生态位和微生物进行局部递送，这使它们在规避抗真菌药物毒性方面具有吸引力[8]。此外，它们在这些生态位中形成长期存在的群体，从而可以在不促进抗真菌适应性的情况下用于预防和治疗。对于主要是共生菌的真菌（如许多Candida酵母菌），可以设计出仅针对特定亚群的eLBPs[9]。仅针对有毒或耐药的微生物亚群可以避免持续的选择压力或通过消除有益亚群而引发菌群失调。
尽管具有潜力，但针对真菌群体的eLBPs的开发仍落后于针对其他微生物和疾病类型的eLBPs[10]。在这里，我们回顾了导致微生物治疗抵抗性的异质性来源，并特别探讨了最常见的机会性人类真菌病原体Candida酵母菌的例子。我们分析了导致念珠菌病的异质性来源以及eLBPs在治疗这种真菌疾病方面的潜力。
部分摘录
微生物异质性及其对治疗的影响
遗传和非遗传机制在微生物群体中产生了异质性。遗传异质性源于生物体DNA的变化，包括点突变、插入/缺失等简单突变以及转座或非整倍体等大规模基因组重排。遗传异质性还可能由于不同菌株、物种甚至不同系统发育域之间的遗传物质交换而产生。
微生物异质性是真菌治疗面临的重要挑战
真菌微生物（包括酵母菌和霉菌）是高度多样化的生物，地球上几乎每个生态位中都有数百万种已知的真菌物种[178]。由于气候变化导致的地理范围扩大、临床和农业用途中抗真菌药物的广泛应用以及易感患者数量的增加，真菌疾病的发病率有所上升[179]。真菌体内的遗传和非遗传异质性
工程化活体生物治疗产品（eLBPs）作为对抗微生物异质性的工具
活体生物治疗产品（LBPs）是指能够在体内定植并发挥治疗作用的微生物（通常是细菌或酵母菌）。生物治疗手段已经以各种形式存在了数千年[408,409]。例如，有记载表明早在圣经时代就可能存在噬菌体治疗，但直到20世纪初噬菌体才被充分研究和应用[410,411]。基因工程的出现使得创建工程化LBPs成为可能
结论与未来展望
微生物群体中的遗传和非遗传异质性为耐药微生物提供了藏身之处。这对所有病原微生物都是一个问题，但对于真菌群体来说尤其如此，因为缺乏特定的药物靶点、抗真菌药物种类有限，再加上气候变化和抗真菌适应性的增加，导致真菌疾病负担加重。工程化的活体生物治疗产品可以帮助解决由微生物异质性引起的治疗问题。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）的资助，项目编号为R35GM128873、R01AI154940和MCB 2045493，资助对象为M.N.M. Megan Nicole McClean博士。Megan Nicole McClean博士还获得了Burroughs Wellcome基金颁发的科学界职业奖。E.C.获得了NHGRI提供的基因组科学培训项目T32HG002760培训资助。我们感谢McClean实验室成员们的宝贵讨论。
