噬菌體療法在土壤環(huán)境系統(tǒng)中靶向滅活致病細(xì)菌的研究進(jìn)展

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:由致病細(xì)菌導(dǎo)致的新型問題，已給人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了較嚴(yán)重的安全隱患，開展針對性的致病菌污染土壤成因機制、風(fēng)險管控技術(shù)和治理修復(fù)方法的研究十分必要。噬菌體是指能感染細(xì)菌、真菌或放線菌等宿主微生物的特殊生物體，由蛋白衣殼和核酸組成，嚴(yán)格依賴于活體宿主完成增殖。噬菌體在土壤、水、空氣乃至人/動物體表、口腔、腸道內(nèi)都有大量定殖，據(jù)估算環(huán)境中噬菌體總數(shù)量約在1031數(shù)量級，總質(zhì)量約109噸，每秒噬菌體侵染宿主細(xì)菌的數(shù)目約在1023~1025 CFU。根據(jù)其形態(tài)結(jié)構(gòu)特點，可將其劃分為有尾噬菌體、無尾噬菌體和絲狀噬菌體3種類型（圖1）。

圖1噬菌體類型

土壤噬菌體療法（phage therapy）是指通過篩選、純化和富集特定宿主細(xì)菌專屬烈性噬菌體，向目標(biāo)細(xì)菌污染土壤環(huán)境體系接種噬菌體，定向侵染裂解宿主細(xì)菌的技術(shù)方式。其主要機理是烈性噬菌體在環(huán)境遷移過程中，識別宿主細(xì)菌表面特異性受體，隨后吸附態(tài)的噬菌體將自身遺傳物質(zhì)注入細(xì)菌體內(nèi)，利用宿主體內(nèi)核酸等物質(zhì)，快速完成自身復(fù)制和蛋白質(zhì)合成，進(jìn)而在細(xì)菌體內(nèi)裝配出大量子代噬菌體，并表達(dá)溶壁酶，使宿主細(xì)菌破裂死亡，完成裂解釋放過程（圖2）。

圖2烈性噬菌體生活史示意圖

近來年在土壤-植物（作物/蔬菜/果樹）體系中引入“農(nóng)業(yè)噬菌體療法”（agricultural phage therapy）的概念來滅活致病細(xì)菌的研究也得到了長足發(fā)展（圖3）。

圖3噬菌體追蹤裂解土壤-植物系統(tǒng)中病原菌示意圖

此外，使用噬菌體療法在土壤-動物體系和土壤-地下水體系中靶向滅活致病細(xì)菌也逐漸成為新的研究熱點（圖4）

圖4 噬菌體靶向滅活土壤-地下水系統(tǒng)中致病菌示意圖

由于噬菌體療法可以在土壤生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中靶向追蹤滅活特定種類的宿主細(xì)菌，因而具有較為廣泛的應(yīng)用前景，同時也很有必要從全局角度了解噬菌體療法對土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)功能的綜合影響（圖5）。

噬菌體作為土壤豐度最高的生物體，噬菌體療法在土壤生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中應(yīng)用研究的熱點將集中于以下幾方面：

①研發(fā)和篩選更加環(huán)境友好、成本低廉和廣宿主型的噬菌體作為治療制劑，或進(jìn)行多種專一型噬菌體混合“雞尾酒”療法的研制，從而保證噬菌體在土壤中對宿主致病細(xì)菌高效滅活的持久效率；

②探明噬菌體療法對于土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能及養(yǎng)分循環(huán)的影響，保障噬菌體療法應(yīng)用過程中對土壤生態(tài)系統(tǒng)的安全性，維持土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與多樣性；

③建立噬菌體療法在土壤環(huán)境中應(yīng)用的風(fēng)險評估模型及評價方式，建立高效無害化土壤環(huán)境噬菌體療法的運行監(jiān)管機制。

圖5噬菌體治療對土壤功能的影響

原標(biāo)題:噬菌體療法在土壤環(huán)境系統(tǒng)中靶向滅活致病細(xì)菌的研究進(jìn)展