噬菌体是非常机械的。是外星文明的产物吗?

噬菌体虽然看起来是外星生物,但实际上是一种感染细菌的病毒,其特点是以细菌为宿主。它的外表是富含遗传物质的蛋白质外壳,尾巴可以帮助它们将遗传物质注入宿主体内。噬菌体作为细菌的克星,对人类有很高的医学价值。本文将谈谈噬菌体的发展及其意义。

历史噬菌体,简称噬菌体,是由弗雷德里克·特沃特(Frederick Twort)于1915年和费利克斯·德赫勒莱(Félix d'Herelle)于1917年独立发现的,比著名的抗生素青霉素早了十几年。在接下来的几年里,噬菌体被成功地用于治疗痢疾和霍乱。这些噬菌体是从意外康复的病人粪便中分离出来的。科学家推测,这些康复的患者体内有一些东西可以帮助他们清除肠道内的有害细菌。他们从粪便中分离出噬菌体,将其提纯,然后提供给其他患者。在一项研究中,印度旁遮普省63%未经治疗的霍乱患者死亡,而接受噬菌体治疗的患者仅8%死亡。

当噬菌体首次用于治疗霍乱时,科学家们刚刚开始研究病毒并推测噬菌体是如何工作的。直到1940才通过电镜获得第一张噬菌体图像。我们现在知道噬菌体是一种只感染细菌的病毒。噬菌体作为一种病毒,不能单独生存和繁殖。病毒需要侵入宿主细胞,消耗宿主的营养物质来复制更多的自身,最后离开宿主细胞——通常在这个过程中杀死宿主。

一般来说,噬菌体首先通过识别细菌并落在细菌上来开始杀死细菌。每种噬菌体都有特定的着陆垫。噬菌体然后将其DNA注入细菌。这种DNA自我复制,制造更多的噬菌体外壳,并将新制造的DNA包装成新的外壳。最后,噬菌体产生有毒化学物质,从内到外破坏细菌宿主,并将其新生成的后代释放到外部,感染更多的细菌。

噬菌体优于抗生素抗生素是杀死细菌的化学物质。它们通过破坏细菌生存所需的一个或多个重要节点来做到这一点。因为这些节点在许多细菌中很常见,所以一种“广谱”抗生素可能会同时杀死许多细菌。虽然抗生素已经完全改变了医学,并且通常在预防细菌感染方面非常有效,但是噬菌体可能比抗生素有几个优点。

首先,噬菌体是针对细菌的,所以不太可能干扰生活在我们肠道内的有益微生物。人体内有1000多种微生物,这些微生物为我们做着重要的工作,比如帮助我们制造我们自己无法制造的营养物质。因为很多抗生素都是不加选择地杀死细菌,所以用抗生素治疗感染也会杀死这种有益的肠道细菌。另一方面,每种噬菌体进化成只能杀死特定的一组细菌。因为噬菌体的杀伤范围很窄,所以可以用来治愈感染,而不会扰乱我们体内的有益菌群。

其次,噬菌体可以杀死耐抗生素细菌。与抗生素杀死细菌的方式相比,细菌更难通过噬菌体产生耐药性。噬菌体不会像抗生素一样阻止细菌进行特定的过程,而是主动破坏细菌的细胞壁和细胞膜,通过由内向外制造许多孔洞来杀死细菌。此外,许多细菌会形成生物膜——一层厚厚的粘性物质,可以保护它们免受抗生素的影响。许多噬菌体都配备了能够消化这种生物膜的工具。

为什么不用噬菌体?除了少数国家提供的治疗方案外,噬菌体已被广泛用于治疗细菌感染。其中一个主要原因是抗生素在过去50年中表现不俗,以至于大多数国家都没有重启噬菌体临床使用的研究。但另一个更重要的原因是,使用噬菌体作为治疗手段有一些局限性。

首先,噬菌体更难以清洁地制备。为了生产噬菌体,科学家必须首先培养大量的细菌,细菌是噬菌体的天然储库。然后细菌被噬菌体感染,噬菌体反过来繁殖并杀死所有的细菌。困难始于从大量死细菌尸体中分离活噬菌体。如果没有从给患者的最终药物中去除,死细菌可能会引发致命的免疫反应,称为败血症。另一个挑战是获得正确的噬菌体浓度,因为它的浓度不能直接测量。如果浓度太低,噬菌体疗法将无效。很多早期商业化的噬菌体产品质量很差,不能治疗感染性疾病,导致噬菌体治疗效果甚微。

其次,与抗生素相比,噬菌体需要更长的治疗时间。因为单一类型的噬菌体只能感染几种细菌,所以要慎重选择噬菌体。首先,医生必须找出导致疾病的细菌的身份。然后他们必须检查可用的噬菌体是否能杀死细菌。如果不能,他们必须寻找一种新的噬菌体来完成这项工作。这个过程需要的时间患者可能没有——尤其是当噬菌体只是作为重病患者的最后手段时。另一方面,由于抗生素是不加选择地杀死细菌的,医生可以在没有首先确定细菌的具体类型的情况下给病人开抗生素进行治疗。

对噬菌体疗法的其他关注集中在它的安全性和有效性上。因为西方世界在几十年前就放弃了噬菌体疗法,所以关于这些主题的数据很少。然而,在法国和东欧国家,特别是在格鲁吉亚,噬菌体疗法的研究仍在继续并蓬勃发展。从他们的研究来看,噬菌体疗法没有显示出任何重大的安全问题。

摘要

噬菌体本质上是一种以细菌为宿主的病毒,早年曾用于治疗疾病。后来因为抗生素的发展,对噬菌体的研究进入了停滞阶段。当有一天抗生素逐渐失效,或者人们攻克了噬菌体的关键技术,它就会成为一种有效的治疗手段。