奇异变形杆菌是一种具有运动能力的尿素酶产生细菌,可导致肾盂肾炎、尿石症、前列腺炎和导管相关尿路感染(CAUTIs),其强大的生物膜形成能力在致病过程中起着核心作用[1]。一旦细菌细胞附着在组织或导管表面,生物膜就会向多个维度扩展[2]。奇异变形杆菌的周毛鞭毛介导附着并促进表面迁移,从而导致广泛的生物膜形成。奇异变形杆菌产生的尿素酶可水解尿素,提高尿液pH值,促进磷酸镁铵和磷酸钙晶体的沉淀,这些晶体嵌入生物膜基质中[3]。这些结晶生物膜的结构和组成增强了细菌的持久性,使其对宿主免疫反应、抗生素和噬菌体疗法具有抗性[4]。生物膜内的细菌被自身产生的胞外聚合物(EPS)基质包裹,这实质上起到了物理屏障的作用,限制了抗生素的渗透。此外,细胞内部的低代谢活性[5]和群体感应(QS)介导的防御机制[6]进一步增强了生物膜对抗菌剂的耐受性。
抗菌素耐药性的出现是全球最大的公共卫生威胁之一。2019年,有495万人死于抗菌素耐药性(AMR)[7],预计到2050年这一数字将增加到1000万[8]。奇异变形杆菌对多种常用抗生素具有天然耐药性,包括硝呋妥因、四环素、多粘菌素和多粘菌素[9]。在临床中,它通常对β-内酰胺类抗生素(如氨苄西林、阿莫西林-克拉维酸钾)、第三代头孢菌素(如头孢噻肟、头孢曲松)、氨基糖苷类和氟喹诺酮类敏感。然而,在临床分离株中,超过30%的奇异变形杆菌对复方新诺明表现出耐药性,而对喹诺酮类的耐药性发生率已上升至17.6%[10]。
鉴于抗菌素耐药性的日益严重、新抗生素研发渠道有限,以及越来越多的关于噬菌体疗法治疗多重耐药细菌感染(特别是生物膜相关感染)的临床成功报告[11,12],噬菌体疗法已成为一种有前景的替代抗菌策略。噬菌体是一种能够特异性感染并杀死细菌的病毒。根据生命周期,噬菌体被分为烈性(裂解型)和温和型(溶原型)。温和型噬菌体需要特定的环境触发才能进入裂解阶段,而裂解型噬菌体在注入基因组后迅速复制并裂解宿主细菌细胞,使其更适合用于治疗应用。与抗生素不同,噬菌体疗法通过使用广谱噬菌体混合物或定制的噬菌体集合体,以低成本和高效率克服细菌耐药性[13]。特别是编码解聚酶和内溶菌酶等酶的裂解型噬菌体,在降解生物膜基质方面表现出显著潜力[14,15],从而增强了细菌的清除效果。尽管噬菌体通常具有良好的安全性,但作为外源性免疫原,需要对其体内药代动力学和生物分布进行彻底研究。为了促进有效噬菌体混合物的临床应用开发,对单个裂解型噬菌体的生物活性、基因组特征和安全性进行表征是至关重要的前提。
在本研究中,我们报道了针对奇异变形杆菌 YV2的裂解性噬菌体vB_PmiM_ZX7的分离和特性分析。vB_PmiM_ZX7的基因组分析显示60%的基因功能未知,即使是最相似的噬菌体(vB_Pmi_BCPPmi_001)也只有75%的序列覆盖率。vB_PmiM_ZX7不仅在体外表现出良好的抗菌能力,还证实了其去除生物膜的能力。与哌拉西林/他唑巴坦(TZP)相比,vB_PmiM_ZX7的生物膜去除效果提高了3.7倍。此外,vB_PmiM_ZX7在动物体内也显示出良好的安全性,进一步证明了其作为抗生素替代品的潜力。