为什么噬菌体病毒可能成为治疗致命感染的关键——如果它们能够被安全地利用的话
噬菌体病毒(绿色)将其基因注入细菌中以进行自我复制。图片来源:Biophoto Associates/SPL
好的病毒:噬菌体不为人知的故事:地球上最丰富的生命形式以及它们能为我们做些什么
Tom Ireland
Hodder Press (2023)
世界上充满了病毒:它们在水、土壤和我们的肠道中繁殖。在 COVID-19 大流行之后,可以肯定地说,病毒不太可能赢得任何人气竞赛。然而,在
《好病毒》
中,科普作家汤姆·爱尔兰试图提高他们的声誉。
这本引人入胜的书通过关注一组称为噬菌体的病毒来强调病毒世界光明的一面,这些病毒会感染细菌和古细菌等微生物。社会往往忽视噬菌体;引起我们注意的病毒通常属于一组引起疾病的恐怖病毒,例如 SARS-CoV-2、艾滋病毒和埃博拉病毒。但爱尔兰认为,如果研究人员成功开发出可以治疗致命的耐药细菌感染的噬菌体,那么这种耻辱就可以消除。
研究人员在公民科学家的帮助下,已经在梳理世界各地收集的噬菌体,寻找最佳的医学候选者。材料并不短缺:一升水可以含有数十亿个病毒,它们每年促使受感染的细菌向海洋释放约三十吨碳。
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噬菌体也是实验室的宠儿,对我们对遗传学和分子生物学的理解产生了巨大的影响。Martha Chase 和 Alfred Hershey 在 20 世纪 50 年代使用噬菌体进行了传奇而优雅的实验,确定 DNA(而非蛋白质)为遗传物质(AD Hershey & M. Chase
J. Gen. Physiol.
36
, 39–56; 1952)。第一个被测序的完整基因组来自噬菌体。
但即使是那些研究噬菌体的人也往往只关注少数病毒。围绕着被忽视的大多数人的谜团使本书的某些部分变得令人愉悦。了解更多关于噬菌体的信息,就是发现一个隐藏世界的迷人细节,噬菌体在其中塑造微生物生态系统,并通过与宿主交换基因来加速进化。有一天,工程噬菌体可以将药物输送到大脑,甚至可能被纳入医院使用的抗菌建筑材料中。
一种历史而又未来的疗法
爱尔兰在书中用大量篇幅讨论了噬菌体作为感染和杀死耐药细菌菌株的药物的潜在优点。随着耐药性问题的加剧,这个想法变得越来越有吸引力。据估计,到 2050 年,每年将有 1000 万人死于抗生素耐药性感染。这是一个既不公正又严峻的未来:正如爱尔兰指出的那样,“预计其中 90% 的死亡将发生在非洲和亚洲” ”。
有人说,噬菌体疗法可以让我们避免这种结果。如果可以利用这些病毒来治疗感染,那么使用噬菌体混合物(每种噬菌体都有自己的感染细菌细胞的方式)可以减缓耐药性的出现。病毒本身能够改变,并且在发展过程中可能进化出抵御细菌耐药机制的方法。
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这是一个既未来又具有历史意义的想法:一些国家——尤其是前苏联成员国——近一个世纪以来一直使用噬菌体疗法来治疗感染。其中一些实验室在苏联解体后立即倒闭,当时格鲁吉亚等国家面临一段经济不稳定时期。爱尔兰对第比利斯的一个噬菌体实验室进行了引人入胜的描述,该实验室拥有数百名员工,在高峰时期每年供应数吨噬菌体药物。20世纪90年代,苏联解体后留下来的研究人员在停电、设备生锈和基本物资短缺的情况下,努力提供一些噬菌体疗法。从那时起,其中一些实验室已经恢复元气。
一次冒险的尝试?
然而大多数西方医生和科学家拒绝了这种方法。偏见无疑加剧了这种怀疑,但部署噬菌体疗法确实存在后勤障碍。尽管有通过最后一刻的干预措施挽救生命的戏剧性轶事,但目前还没有数据支持此类治疗的广泛使用。
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在这里,爱尔兰走在了刀刃上:尽管一次性的积极故事暗示了一种可能的方法来拯救更多的生命,但它们也有给处于绝望境地的人们带来虚假希望的风险。是的,偏见阻碍了这一领域的发展;是的,药物监管可能会减缓疗法的发展,当某人的生命危在旦夕时,这可能会令人痛苦。但监管机构确实有理由感到担忧。
噬菌体疗法存在风险。如果制剂中含有过多来自原始细菌宿主的物质,它可能会引发致命的免疫反应。人们对噬菌体在定居并与邻居交换基因时如何影响我们体内的微生物生态系统知之甚少。例如,已知细菌只有在感染特定噬菌体后才成为人类病原体(PL Wagner & MK Waldor
Infect. Immun.
70
, 3985–3993; 2002)。
好病毒
来得正是时候。人们对噬菌体疗法的兴趣与日俱增:生物技术公司正在争夺一席之地;关键的临床试验终于开始了;第比利斯和其他地方的噬菌体生产再次蓬勃发展。对于一个长期以来被不公平地忽视的领域来说,这是一个激动人心的时刻。但我们还有很长的路要走,才能知道噬菌体是否能让我们摆脱即将到来的耐药性噩梦,并让病毒世界焕然一新。