噬菌体 ZK22：对抗鼠伤寒沙门氏菌的新型生物利器

为解决沙门氏菌感染及抗生素耐药问题，研究人员开展针对鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）的裂解性噬菌体 ZK22 的研究。结果显示，ZK22 特异性强、裂解效率高，在体内外均有良好抗菌效果，为控制沙门氏菌感染提供了新策略。

　　

在当今的畜牧业和公共卫生领域，沙门氏菌可谓是一颗 “毒瘤”，给人们带来了诸多困扰。沙门氏菌属于革兰氏阴性短杆菌，是常见的人畜共患病原体，能引发急性胃肠炎、败血症等严重疾病，严重威胁着人类和动物的健康。其种类繁多，基于抗原类型的差异，可分为超过 2600 种血清型，其中鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）在临床病例中尤为常见。在大规模的畜禽养殖环境里，鼠伤寒沙门氏菌极易通过被污染的水源、饲料以及粪便进行传播，不仅导致畜禽腹泻、死亡率上升，造成巨大的经济损失，还会污染食品，对食品安全构成严重威胁。

更为严峻的是，随着抗生素在畜禽养殖中的广泛使用，沙门氏菌的耐药性问题日益凸显。大量的研究数据表明，由于抗生素的滥用，沙门氏菌对多种抗生素产生了抗性，使得传统的抗生素治疗效果大打折扣。这不仅增加了治疗成本，还可能导致疾病的传播和扩散，给公共卫生安全带来了极大的挑战。因此，寻找一种有效的替代抗生素的方法，成为了畜禽养殖和公共卫生领域亟待解决的重要问题。

为了攻克这一难题，来自仲恺农业工程学院等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们以鼠伤寒沙门氏菌为研究对象，从污水中成功分离出了一种裂解性噬菌体 ZK22，并对其进行了全面而深入的研究。研究成果发表在《BMC Microbiology》杂志上，为解决沙门氏菌感染问题带来了新的希望。

研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是噬菌体的分离与纯化技术，他们从中国南方新鲜市场采集的污水样本中，经过一系列处理和筛选，成功分离并纯化出噬菌体 ZK22。其次是基因组分析技术，通过对 ZK22 的基因组进行提取、测序和注释，深入了解其基因组成和功能。此外，还利用透射电子显微镜（TEM）技术观察噬菌体的形态，采用多种实验方法测定其宿主范围、最佳感染复数（MOI）、一步生长曲线、温度和 pH 稳定性，以及在体内外的抗菌和治疗效果。

下面来看具体的研究结果：

• 噬菌体 ZK22 的分离与形态：研究人员以鼠伤寒沙门氏菌 SS10 为宿主菌，从污水中成功分离出噬菌体 ZK22。在双层琼脂平板上，纯化后的 ZK22 形成了均匀、圆形、半透明且带有晕圈的噬菌斑，直径约为 1mm。通过透射电子显微镜观察发现，ZK22 具有多面体对称头部和长的非收缩性尾部，头部直径为 62.86±1.25nm，尾部长度为 164.54±2.62nm。
• 噬菌体 ZK22 的基因组分析：全基因组测序结果显示，ZK22 的基因组由双链 DNA 构成，全长 47,066 碱基对，GC 含量为 45.71%。该基因组共预测出 78 个编码序列（CDs），包含一些与噬菌体复制、结构、包装和裂解相关的蛋白编码基因，但未发现毒力基因和抗生素抗性基因。通过与 NCBI 数据库中其他噬菌体基因组的比对分析，发现 ZK22 与 OQ267695 沙门氏菌噬菌体 Pu29 和 MZ489634 沙门氏菌噬菌体 D10 的序列聚类，属于有尾噬菌体目（Caudoviricetes）Skatevirus 属。
• 噬菌体 ZK22 的宿主范围：通过斑点滴定法测定 ZK22 的宿主范围，结果表明它仅对 20 株鼠伤寒沙门氏菌具有裂解活性，对其他血清型的沙门氏菌、大肠杆菌以及乳酸菌等均无裂解活性，说明 ZK22 是一种高度特异性针对鼠伤寒沙门氏菌的噬菌体。在这 20 株鼠伤寒沙门氏菌中，ZK22 对 SS1 - 8 和 SS12 菌株表现出中到高的裂解活性。
• 噬菌体 ZK22 的最佳 MOI 和一步生长曲线：经实验测定，ZK22 的最佳感染复数为 10^-2，在此条件下可产生最高的子代噬菌体效价，达到 1.29×10¹⁵PFU/mL。一步生长曲线显示，ZK22 的潜伏期约为 10min，随后进入爆发期，爆发量为 393PFU / 细胞，这表明 ZK22 具有较短的吸附时间、较强的裂解能力和较高的裂解效率。
• 噬菌体 ZK22 的温度和 pH 稳定性：在温度稳定性实验中，ZK22 在 4℃、25℃和 37℃孵育 60min 后，效价基本保持不变；在 50℃、60℃和 70℃孵育 60min 后，效价虽有所下降，但仍保留一定活性；80℃处理后完全失活，说明 ZK22 具有良好的热稳定性。在 pH 稳定性实验中，ZK22 在 pH 3 - 12 的范围内均能保持较高活性，尤其在 pH 8 时，效价下降幅度较小，仍高达 3×10⁹PFU/mL，展现出优秀的酸碱稳定性。
• 噬菌体 ZK22 的体外抑菌效果：将 ZK22 与鼠伤寒沙门氏菌 SS10 按不同 MOI 混合培养，结果显示，与阳性对照组相比，含有噬菌体的处理组 OD₆₀₀值均较低，表明 ZK22 对 SS10 的生长具有抑制作用。其中，最佳感染复数 MOI = 10^-2的处理组抑菌效果最佳，在实验结束时 OD₆₀₀值最低，为 0.4772，且抑菌效果呈现剂量依赖性。
• 噬菌体 ZK22 的体内治疗效果：在小鼠实验中，阴性对照组小鼠全部存活且无明显临床症状，表明 ZK22 在体内应用相对安全。感染鼠伤寒沙门氏菌 SS10 的小鼠，在接受不同剂量 ZK22 治疗后，10⁸PFU/mL 和 10⁹PFU/mL 治疗组的小鼠存活率分别为 40% 和 60%，且随着剂量增加存活率上升。10⁹PFU/mL 治疗组小鼠的血液、心脏、肝脏和脾脏中的细菌载量显著降低，同时肝脏中促炎细胞因子 IL - 2、IL - 6 和 TNF - α 的表达水平也明显下降，说明 ZK22 能有效减轻感染小鼠体内的炎症反应，抑制病原菌的扩散和定植。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：裂解性噬菌体 ZK22 对鼠伤寒沙门氏菌具有很强的特异性，且未预测到毒力基因和抗性基因。它在 4℃ - 70℃的温度范围和 pH 3 - 12 的环境中能保持稳定活性，体外与宿主菌在最佳感染复数下共培养时抑菌效果显著，体内实验也证明其可提高感染鼠伤寒沙门氏菌小鼠的存活率，有效抑制病原菌在小鼠体内的增殖和定植，减轻炎症反应。

这项研究意义重大。噬菌体 ZK22 作为一种潜在的生物制剂，为畜禽养殖中沙门氏菌感染的控制提供了新的选择。与传统抗生素相比，噬菌体具有特异性强、不易产生耐药性、无残留等优点，有望成为解决抗生素耐药问题的有效手段。然而，目前对于噬菌体 ZK22 识别和裂解鼠伤寒沙门氏菌的具体机制尚不清楚，这为后续研究指明了方向。未来，进一步深入研究 ZK22 的作用机制，有助于更好地开发和利用这一生物制剂，为保障畜禽健康和食品安全提供更有力的支持。