新型烈性噬菌体XQ-1对肉鸡禽致病性大肠杆菌感染的治疗潜力

《Poultry Science》：Therapeutic Potential of a Novel Virulent Bacteriophage XQ-1 Against Avian Pathogenic Escherichia coli Infection in broiler chickens

　　

禽致病性大肠杆菌（Avian Pathogenic Escherichia coli，APEC）是肠外致病性大肠杆菌（Extraintestinal Pathogenic Escherichia coli）中的一个重要亚群，对全球家禽产业构成重大威胁。尽管抗生素使用在一定程度上缓解了APEC的负面影响，但也促进了多重耐药APEC菌株在全球范围内的广泛出现与传播。因此，噬菌体已成为抗生素的一种有前景的替代方案。本研究从湖北省一处肉鸡养殖场污水样本中分离得到一株新型烈性噬菌体，命名为XQ-1，该噬菌体能够裂解包括O1、O2和O78血清型在内的多种APEC菌株。噬菌体XQ-1的最适感染复数（Multiplicity of Infection，MOI）为0.001，最高病毒滴度达4.73±0.31×1011噬斑形成单位（Plaque-Forming Units，PFU）/mL。该噬菌体潜伏期为30分钟，裂解期为80分钟，裂解量（Burst Size）为348 PFU/感染细胞。此外，噬菌体XQ-1在4至50°C温度范围内保持较高裂解活性，在pH 3至11范围内维持耐受。进一步体外研究表明，噬菌体XQ-1作为有效消毒剂可直接裂解APEC JZ-1菌株。在腹腔注射感染的雏鸡模型中，APEC暴露导致雏鸡100%死亡；而噬菌体XQ-1治疗显著提高了感染肉鸡存活率，降低脏器指数，减少肝脏与心脏器官细菌载量，并减轻APEC感染所致肠道损伤。综上，噬菌体XQ-1可作为家禽APEC感染预防与治疗的候选方案。

研究背景与立项依据

禽致病性大肠杆菌（Avian Pathogenic Escherichia coli，APEC）属肠外致病性大肠杆菌（Extraintestinal Pathogenic Escherichia coli）亚群，可引发禽类局灶或全身感染，临床表现为生殖道感染、脐炎、肝炎、心包炎、腹膜炎及关节炎等，在中国已鉴定超25种血清型，其中O1、O2、O78最为常见且致死率高。传统防控依赖抗生素，但不当使用致多重耐药（Multidrug-Resistant，MDR）APEC蔓延；中国已全面禁用促生长抗生素并严格限制治疗用药，亟需安全替代物。噬菌体具宿主特异性、不破坏有益菌群，是理想候选，但既有APEC噬菌体在生物学特性、消毒剂与治疗剂潜力上仍待系统评估。研究人员自湖北荆州鸡场废水分离新型烈性噬菌体XQ-1，系统表征其生物学与基因组特征，并在体外消毒与体内雏鸡感染模型中评价其对抗多重耐药APEC JZ-1菌株的防控效力，论文发表于《Poultry Science》。

主要关键技术方法

研究人员于2024—2025年自湖北、湖南、贵州47个鸡场采集103份粪便与废水样本，经MacConkey琼脂培养与靶向PCR鉴定APEC及O1/O2/O78/O145血清型；以0.22 μm过滤结合双层琼脂法自荆州7个鸡场20份样本分离纯化噬菌体，电镜观察形态，Illumina NovaSeq 6000测序后用ABySS/CapCloser组装、ORF Finder预测开放读码框（Open Reading Frame，ORF）、BLASTP注释、VFDB与CARD库筛查毒力/耐药基因，MEGA 8构建邻接法系统发育树；以双层斑点法测67株APEC及沙门菌、金黄色葡萄球菌、芽孢杆菌宿主谱；测定4–70°C与pH 3–14稳定性、一步生长曲线（Latent Period/Burst Size）与吸附动力学；体外以12孔板与SPF鸡蛋壳模拟器具与蛋壳污染评价消毒效力；体内以72只1日龄白羽肉鸡分6组（空白、APEC对照、噬菌体对照、高/低剂量噬菌体治疗、氟苯尼考口服对照）腹腔注射攻毒，第7天剖检取心肝脾回肠，测存活率、脏器指数、组织载菌量与回肠绒毛高度/隐窝深度（Villus Height/Crypt Depth）。

研究结果

分离APEC与血清型鉴定：自103份样本检出大肠杆菌77份（74.8%），APEC 67株（65.0%），其中O1 13株、O2 9株、O78 11株。自荆州5场分离5株噬菌体，XQ-1裂解谱最广（34/67 APEC，含8/13 O1、4/9 O2、6/11 O78），选作后续对象；指示菌APEC JZ-1（O2）对头孢他啶、头孢氨苄、青霉素、卡那霉素外的多数β-内酰胺类及多西环素、红霉素耐药。

形态与基因组特征：XQ-1噬斑直径约1 mm；透射电镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）示头壳六边型80–100 nm、尾长110–130 nm，归长尾噬菌体科（Siphoviridae）；基因组双链DNA 73299 bp，GC 42.88%，预测90个ORF，无毒性/耐药基因，GenBank PZ347661，与vB_CECAV_019相似度94.48%，属Gamaleyavirus近缘独立分支。

最适MOI：以APEC JZ-1（1×10¹⁰ CFU/mL）匹配不同MOI，MOI 0.001时细菌OD₆₀₀最低（0.06±0.02）、噬菌体滴度最高（4.73±0.31×10¹¹ PFU/mL），定为最适。

温度与pH稳定性：4°C与37°C滴度近10⁹ PFU/mL；50°C 1 h降约1 log，60°C降>4 log，70°C灭活；pH 4–10稳定（>10⁶ PFU/mL），pH≤3或≥11显著失活。

一步生长与吸附：潜伏期约30 min，110 min达平台，裂解量348 PFU/细胞；2 min吸附92.77%，12 min 99.95%。

体外消毒：12孔板固体面37°C或4°C处理10 min，菌落数与OD₆₀₀显著低于对照；蛋壳污染（10⁷ CFU/枚）喷10⁹ PFU/mL噬菌体，12 h载菌降约20倍，24 h降1000–10000倍。

体内疗效：APEC JZ-1（1×10⁹ CFU/只）攻毒组100%死亡；高/低剂量XQ-1（1×10⁹/1×10⁷ PFU/只）显著提升存活率，心脏指数回降，肝/心/粪载菌量低于氟苯尼考组；回肠绒毛断裂、隐窝变浅、炎性浸润等病变被XQ-1与抗生素缓解，且XQ-1在恢复绒毛高度与绒隐比上优于氟苯尼考。

讨论部分总结

研究人员指出APEC血清型复杂、交叉保护弱，耐药株与菌群失衡倒逼替抗方案；XQ-1裂解34/67株（>50%）跨O1/O2/O78优于PEC9、UPEC04等但略窄于vB_EcoM_P3322；基因组无毒力/耐药基因契合人兽用噬菌体监管；2 min吸附>92%、潜伏期30 min优于多数已报APEC噬菌体，利于抢在免疫激活前压低菌量；4–50°C、pH 3–11耐受宽于同类，适配喷雾消毒、蛋壳处理与设备去污；体外器具与蛋壳减量及体内存活率/肠形态保护均证其实用性，且靶向裂解不似抗生素致菌群失调。局限含观察仅7天未做粪菌宏基因组、腹腔攻毒非经口自然感染、单噬菌体易致逃逸、体外无有机物干扰、覆盖度约50%需联用鸡尾酒（Phage Cocktail）。

结论翻译

综上，研究人员成功分离并系统表征新型烈性噬菌体XQ-1。该噬菌体具跨多APEC血清型较广宿主谱、快速吸附、短潜伏期、高裂解量及宽温宽pH稳定等优势；基因组无毒性与耐药基因，安全特征明确。体外可作表面与蛋壳消毒剂，体内显著提升感染肉鸡存活率、降低脏器菌载并减轻肠病理。结果表明噬菌体XQ-1是家禽APEC感染预防与治疗的具前景且安全的抗生素替代候选。