利用噬菌體對(duì)抗生物膜

　　生物膜是細菌用來保護自身免受威脅的一種(zhǒng)适應性機制。由于生物膜保護細菌，并且是對(duì)抗生素和殺生物劑産生抗性的根本原因，因此這(zhè)種(zhǒng)機制已成(chéng)爲一個嚴重的問題。據估計，如果不控制抗生素耐藥性，每年至少有1000萬人死亡。
　　噬菌體是細菌的天敵，有其獨特的殺菌機制。細菌不斷演化和适應來自噬菌體的威脅，噬菌體也在不斷進(jìn)化和調整以應對(duì)細菌。

　　實驗中，生物膜能(néng)夠將(jiāng)抗生素活性抑制高達100倍，降低細菌對(duì)抗生素的實際敏感性，從而在臨床抗生素治療中産生細菌（通過(guò)生物膜）耐受抗生素的現象。最近的研究已經(jīng)使科學(xué)家能(néng)夠追蹤細菌抗藥性和細菌生物膜的形成(chéng)曆史，可追溯到350至5億年前。但是，青黴素應用以來對(duì)抗生素的濫用使細菌必須調整和加速生物膜的形成(chéng)，導緻我們每年面(miàn)臨抗生素耐藥導緻的死亡人數將(jiāng)超過(guò)由糖尿病和癌症造成(chéng)的死亡人數之和。
　　1、生物膜的結構和形成(chéng)
　　生物膜結構由細菌細胞外基質組成(chéng)，主要成(chéng)分是細胞外聚合物（EPS）。EPS包含多糖、蛋白質、脂質、DNA和其他生物大分子。生物膜的大小、形狀和組成(chéng)可對(duì)應環境條件而變化，從而保障細菌的生存和代謝活性。
　　當今先進(jìn)的成(chéng)像技術表明，生物膜具有水通道(dào)及用于營養物質和代謝廢物交換的小孔。外基質對(duì)細菌在不利環境中的生存至關重要，因爲它可以作爲抵抗天敵和宿主免疫攻擊的保護性屏障。
　　生物膜的主要内容物是水（90％-97％）、聚集的細胞和持續性細胞（persistent cells）。持續性細胞或生長(cháng)緩慢的細胞對(duì)抗生素耐受，有助于生物膜的生長(cháng)或再生。生物膜内細菌的緊密接觸有利于基因水平轉移，從而允許遺傳抗性的傳遞。生物膜複合物整體上起(qǐ)著(zhe)一個社區的作用，其中的居民通過(guò)發(fā)送稱爲群體感應分子的化學(xué)信号進(jìn)行交流。基因測序已發(fā)現了一個名叫(jiào)環鳥苷單磷酸酯（cGMP）的第二信使分子，負責生物膜的形成(chéng)。
　　2、噬菌體與生物膜
　　噬菌體的使命是控制環境中細菌的數量。因此，噬菌體具有進(jìn)化并适應細菌對(duì)抗機制的能(néng)力。細菌對(duì)抗噬菌體的主要防禦措施有2種(zhǒng)：一是改變噬菌體受體以阻止其進(jìn)入，二是通過(guò)CRISPR及其相關的Cas 9蛋白來增強對(duì)噬菌體的免疫力。細菌和噬菌體的拮抗進(jìn)化使它們的互作方式不斷發(fā)展。噬菌體可以通過(guò)多種(zhǒng)方式穿過(guò)生物膜并達到其靶标。
　　增殖（Amplification）
　　少部分噬菌體通過(guò)裂解性感染殺死細菌并大量增殖；而大多數噬菌體與宿主細菌達到一個平衡狀态，即細菌數量超标觸發(fā)噬菌體殺菌從而降低細菌數量。這(zhè)種(zhǒng)方式可稱爲“主動滲透”，噬菌體通過(guò)裂解作用在生物膜内擴散并減少了細菌數量。
　　降解生物膜（EPS degradation）
　　噬菌體可以使用3種(zhǒng)酶來影響和破壞生物膜：水解生物膜中細胞外聚合物（EPS）的酶，破壞細菌細胞膜的酶和破壞細菌細胞壁的酶。EPS水解酶會(huì)瓦解生物膜，使噬菌體進(jìn)入其中殺死包裹在内的細菌。
　　解聚酶（Depolymerizing enzymes）
　　一些噬菌體具有誘導解聚酶表達的能(néng)力。尚不清楚該酶的誘導是由細菌中的噬菌體引起(qǐ)還(hái)是由細菌自身的生存逃逸反應引起(qǐ)。相關的應答基因尚未找到。
　　攻擊持續性細胞（Attacking persistent cells）
　　與抗生素不同，噬菌體可以攻擊和感染持久性細胞，就(jiù)像靶向(xiàng)正常細菌一樣。分析表明，持久性細菌一旦從緩慢的生長(cháng)被激活爲正常的生長(cháng)速度，它們就(jiù)會(huì)成(chéng)爲噬菌體的靶标，而正常生長(cháng)速度是它們在形成(chéng)生物膜或再生生物膜時(shí)所使用的狀态。
　　3、針對(duì)生物膜的噬菌體療法
　　目前，由于天然噬菌體不斷變化和進(jìn)化的特性，不太适合爲其申請專利。醫療專利是針對(duì)市場競争的法律保護，由政府將(jiāng)其授予獨特醫療項目或工藝的發(fā)明人。噬菌體是最豐富的生命形式，在地球生物圈中大約存在10^31種(zhǒng)，迄今估計成(chéng)千上萬已經(jīng)測序。
　　在某些國(guó)家/地區，制造商將(jiāng)目光投向(xiàng)了難以申請專利但有臨床治療潛力的裂解性噬菌體并進(jìn)行人工改造，也有機構正在研發(fā)可以獲得專利的噬菌體産物，以對(duì)抗生物膜。
　　基因改造噬菌體（Genetically modified phages）
　　噬菌體的生物技術應用包括通過(guò)使用單鏈DNA的絲狀非裂解性噬菌體對(duì)噬菌體進(jìn)行基因修飾，以提高噬菌體的殺菌活性。
　　“抗生酶”（Enzybiotics）
　　“抗生酶”是噬菌體編碼的溶菌酶，含有穿孔和賴氨酸基因，能(néng)作爲生物防治劑。
　　4、噬菌體聯合治療
　　噬菌體與抗生素聯合效應被認爲在未來的治療中具有巨大潛力。另一種(zhǒng)治療組合，使用多糖裂解酶和DNA水解酶破壞生物膜基質，從而與噬菌體聯合治療。在兔耳感染模型中，使用噬菌體物理清潔傷口被證實是有效的。另一項研究發(fā)現噬菌體在生物膜被破壞組的殺菌效果顯著(zhe)優于生物膜完好(hǎo)組，提出在噬菌體治療前先破壞生物膜。
　　5、噬菌體用于生物防治
　　噬菌體具有控制細菌種(zhǒng)群的機制。在急性感染的情況下，相較于多次給藥，低劑量的噬菌體産生更積極的結果，這(zhè)將(jiāng)是應對(duì)慢性感染的有效方法。而且，噬菌體不僅起(qǐ)到抗菌劑的作用，對(duì)整個系統具有免疫調節作用。（資料來源于網絡）