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为解决澳大利亚阿尔弗雷德医院爆发的碳青霉烯酶产阴沟肠杆菌复合体(ECC)多重耐药感染问题,研究人员开展了一项针对医院特异性噬菌体鸡尾酒疗法的开发研究。通过噬菌体适应性进化与靶向分离技术,成功构建了包含五种烈性噬菌体的鸡尾酒制剂Entelli-02,对医院206株临床分离株覆盖率高达88%,小鼠败血症模型细菌载量降低>99%。该研究为医疗机构应对特定病原体爆发提供了可快速部署的精准抗菌方案,为噬菌体疗法的临床转化建立了新范式。
在全球公共卫生领域,抗菌素耐药性(AMR)正持续构成严峻威胁,传统抗生素在面对多重耐药病原体时往往束手无策。特别是医疗环境中,碳青霉烯类耐药肠杆菌科(CRE)的传播引发了广泛关注,其中阴沟肠杆菌复合体(Enterobacter cloacae complex, ECC)作为ESKAPE病原体家族的重要成员,因其强大的耐药基因获取能力和流行病学传播潜力,已成为医院感染的重要元凶。澳大利亚墨尔本的阿尔弗雷德医院近年来持续爆发碳青霉烯酶产肠杆菌科感染,ECC导致的年感染病例达20例,且2018-2021年间呈现显著增长趋势。
面对这一临床挑战,噬菌体疗法作为替代策略重新获得重视。噬菌体具有高度特异性、自我复制能力、低毒性以及可适应性进化等优势,然而现有噬菌体鸡尾酒疗法在临床试验中表现有限,主要原因包括靶标菌株差异、噬菌体稳定性问题以及临床菌株与治疗制剂之间的不匹配。完全个性化的噬菌体疗法虽显示超过70%的治疗效果,但其时间成本和高复杂性限制了临床推广应用。
研究团队采取了一种创新策略,将广谱噬菌体鸡尾酒与个性化疗法的优势相结合,开发针对特定医疗机构病原体谱的"机构特异性鸡尾酒"。利用阿尔弗雷德医院过去十年积累的206株临床ECC分离株库,团队首先分离出21株噬菌体,通过宿主范围分析筛选出具有互补作用的三株噬菌体(∅EnA02、∅EnC07和∅EnC15)组成初始鸡尾酒(cocktail-V1),覆盖54%的临床分离株。
研究采用多项关键技术:通过全基因组测序确保噬菌体不携带溶原性、毒力或抗生素耐药基因;利用透射电镜(TEM)进行形态学鉴定;采用一步生长曲线测定潜伏期和裂解量;通过点斑试验和效率铺板(EOP)评估宿主范围;采用实验进化方法进行噬菌体适应性训练;利用靶向分离策略针对低覆盖率序列型(ST)分离新噬菌体;建立小鼠败血症模型评估体内疗效;开发治疗级制剂生产工艺并进行稳定性监测。
噬菌体受体机制研究揭示,三株初始噬菌体分别靶向脂多糖(LPS)的不同组分:∅EnA02利用外膜蛋白OmpW和O抗原相关基因wcqJ;∅EnC07靶向糖基转移酶基因(rfa操纵子部分);∅EnC15识别UTP-葡萄糖-1-磷酸尿苷酰转移酶基因(galU)。这种多受体靶向策略有效减少了耐药性发展。
通过噬菌体适应性进化,研究团队成功提升了噬菌体对低效宿主的感染效率:∅EnA02对宿主AH19K020的EOP提高4,000倍;∅EnC07对AH17D011的EOP提升8.7倍;∅EnC15甚至获得了对原本非许可宿主CPO390的感染能力(EOP=0.4)。基因组分析显示这些改进主要源于尾部纤维蛋白基因的突变。
针对cocktail-V1覆盖率不足的ST190、ST114和ST1015型菌株,团队分离出两株新噬菌体(∅Nando和∅Taquito),分别靶向LPS生物合成相关基因wzzB和rfaQ。将这五株噬菌体(包含三株进化后噬菌体)组合成Entelli-02后,对156株ECC分离株的 productive infection率达到92%。
治疗级生产工艺采用两阶段策略:第一阶段个体噬菌体扩增和深度过滤;第二阶段切向流过滤(TFF)浓缩和内毒素去除。最终产品Entelli-02中每种噬菌体滴度达5×108 p.f.u./mL,内毒素水平1,575 EU/mL,符合静脉给药标准,且在4°C条件下保持18个月稳定性。
宿主范围评估显示Entelli-02对阿尔弗雷德医院206株临床分离株中的88%形成噬菌斑,多数感染发生在EOP 0.1-1范围内。体外进化实验表明,Entelli-02能有效延缓耐药性发展,且与β-内酰胺类抗生素(特别是头孢他啶和美罗培南)呈现显著协同作用。
小鼠感染模型证实,Entelli-02对敏感菌株APO57和临床新分离株AALF22D176(ST190型)均能降低器官细菌载量超过99.9%。体内噬菌体增殖动态显示不同噬菌体在感染环境中的竞争优势存在差异,反映了鸡尾酒多组分协同优势。
该研究成功开发了首个针对医疗机构特定病原体谱的噬菌体鸡尾酒制剂,实现了从广谱鸡尾酒到个性化疗法之间的关键过渡。Entelli-02不仅对阿尔弗雷德医院ECC分离株具有高覆盖率,还具备治疗级质量标准和长期稳定性,支持其作为一线治疗药物的快速部署。研究建立的理性设计框架——包括基于受体多样性的噬菌体选择、适应性进化优化和靶向分离策略——为其他医院应对耐药菌爆发提供了可推广的范式。
尽管Entelli-02对12%的分离株无效,强调了个体分离株药敏测试的重要性,但研究展示的模块化生产理念为未来个性化噬菌体疗法的实施奠定了基础。这种机构特异性方法既克服了广谱鸡尾酒的盲目性,又避免了完全个性化疗法的时间延迟,为抗菌药物管理提供了新思路。随着临床转化的推进,这种方法有望在全球范围内应用于其他耐药病原体的防控,最终改变我们应对抗生素耐药性危机的策略。
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