1 细菌感染与治疗
细菌感染一直以来都是对人类健康的巨大威胁，在导致人类疾病和死亡的细菌感染中，有的是具有高度传染性的致病菌，如鼠疫杆菌、淋病双球菌、结核杆菌等；有的是趁人体免疫力下降或体内菌群失调而得以在人体内大量繁殖的细菌，如金黄色葡萄球菌等，引发败血症和脓毒血症，虽然传染性不强，却凶险异常。
为了应对细菌感染，人类从20世纪30年代开始了抗生素的研究，由于其显著的疗效，抗生素疗法迅速受到了人们的重视，并成为对抗细菌感染的最佳手段。抗生素疗法主要是通过选择性地作用于菌体细胞DNA、RNA和蛋白质合成系统的特定环节，干扰细菌的代谢使其停止繁殖甚至死亡，具有一定的选择性。然而抗生素疗法有多种副作用：可造成神经系统﹑造血系统和肝﹑肾的毒性反应；可导致菌群失调，引起维生素的缺乏，可引起过敏反应等；易引起细菌的耐药性（其中对治疗效果影响最大的就是使细菌产生耐药性）。例如，青霉素G开始使用时只有8%的金黄色葡萄球菌对它有耐药性，而到了1962年，这一数字上升到了70%。产生耐药性是一个不可阻止的过程，因为细菌突变是随机而且不可避免的，但是使耐药性成为影响抗生素使用的巨大障碍的原因是药物的不合理使用。目前我国住院患者抗菌药物使用率约为80%，广谱抗菌药和联合使用两种以上抗菌药占58%，远高于30%的国际水平，而其中真正有必要使用的不足1/3。细菌产生抗生素耐药性的本质是细菌的进化。细菌通过产生灭活抗生素酶﹑改变原始作用位点﹑生成将抗生素泵出的离子泵等方式抵抗抗生素，而由于生产抗生素的真菌并非与细菌是直接竞争关系，且真核生物的突变速率一般慢于细菌等原因，导致细菌出现耐药性后不能立即获得相应的抗生素，这就使得耐受抗生素的细菌数量逐年上升，甚至出现了多种几乎对任何抗生素都不敏感的超级细菌。
抗生素是真菌抑制细菌的产物，自然界中生物的相互作用有很多，其中病毒和相应宿主的相互作用几乎存在于所有物种，细菌也不例外。作用于细菌的病毒统称为噬菌体。他们在细菌中增值，并最终使细菌从内部裂解，可以迅速消灭对应的细菌，即使是再顽固的超级细菌，遇到针对的噬菌体时也无可奈何。利用噬菌体治疗细菌感染其实在20世纪初就有过相关的研究，二战时期的苏联更是斥巨资开发这一可以迅速解决士兵伤口感染的疗法，中国的医生也曾有过这方面的尝试，但由于抗生素时代的到来，这种疗法逐渐没落。80多年来，抗生素一直是对抗细菌感染的主要手段，迅速增长的抗生素耐药率却预示着噬菌体再次走上历史舞台。噬菌体有极高的专一性，每种噬菌体只针对一种细菌，这样不会造成体内菌群失调，也不会使人体细胞受到攻击。由于噬菌体结构极为简单，其进化速率可以超过细菌，大大降低了耐药的可能。噬菌体通过快速繁殖，数量可以以几何倍率增长，具有放大效应，十分高效。
2 噬菌体疗法研究现状
目前对噬菌体疗法的研究主要分为两方面，分别是降低耐药性和拓宽宿主谱。
与抗生素一样，噬菌体在侵染细菌的同时也会提升细菌的耐受能力。细菌通过抑制噬菌体吸附，流产感染，修饰噬菌体限制酶识别位点并分解噬菌体DNA，阻止噬菌体DNA穿入和干扰噬菌体复制等方式抵抗噬菌体，且抗性基因通过质粒在细菌间传递。
针对细菌可能产生的噬菌体抗性。目前的研究认为可以通过以下几种方法来缓解：第一，噬菌体的鸡尾酒疗法，通过使用类型不同但特性互补的噬菌体混合物，使用同一种细菌的不同噬菌体，可以有效延缓具有噬菌体抗性的细菌产生。也可以规避单一噬菌体的有限的宿主范围，在一定程度上对可能出现的病原菌进行针对性的预防。第二，使用噬菌体的基因产品而非整个病毒。例如，內溶素是噬菌体产生的可以降解肽聚糖的一种酶，将细菌连续暴露在内溶素的环境中，并不能获得抗内溶素的细菌，原因可能是内溶素作用于对细菌生存极其重要的氨基乙醇胆碱，这种关键的分子一旦突变将使细菌面临巨大的选择压力，因此内溶素可以很好的解决细菌产生抗性的问题。
拓宽噬菌体宿主范围的努力主要是将噬菌体“融合”，利用基因编辑移植噬菌体外壳上的结合位点，来生产广谱噬菌体。通过设计噬菌体的蛋白质外壳，可以增强吸附作用，并通过在外壳上表达识别其他细菌的蛋白质，有效地感染其他细菌。噬菌体通过识别特定细菌上的受体来确定和吸附特定的宿主，因此通过基因编辑改造相应的受体识别蛋白即可拓宽宿主的范围。此外，由于烈性噬菌体不易获得，而杀灭细菌又需要烈性噬菌体的裂解作用，因此可以通过修改少量的烈性噬菌体的识别蛋白，使其可以侵染多种宿主的噬菌体。
3 噬菌体疗法的潜在风险及解决办法探索
完全使用噬菌体进行治疗难免会使细菌产生噬菌体抗性，这个过程可以看作是噬菌体和细菌的协同进化，不可能避免，只能通过不断的筛选新的具有侵染性的噬菌体来克服细菌产生的抗性。但是不论会不会产生抗性，噬菌体都是通过裂解细菌来达到清除细菌的目的，在这个过程中会释放细菌内毒素，导致比较严重的副作用，给病人带来比较大的痛苦，这是噬菌体疗法的一个潜在风险，严重影响噬菌体疗法的推广。
笔者认为，减缓细菌产生抗性固然是噬菌体疗法的一个重要课题，但是优化噬菌体疗法的其他方面，让病人使用起来安全和舒适，同样值得重视，而且这些问题解决起来相对简单，能够快速地投入使用。如果能减缓或阻止细菌内毒素的释放，将对噬菌体疗法的推广产生很大的推动作用，对此，本文希望能在这一方面提出一些可能的解决手段。
烈性噬菌体通常有精确的溶菌机制，基因组较小的噬菌体通常仅编码一种溶解蛋白，通过抑制细菌细胞壁合成使细菌分解死亡。而大基因组噬菌体主要通过hollin蛋白-内溶素系统裂解细菌，在细菌内部大量繁殖以后，其利用细菌细胞器合成的内溶素就会表现裂解活性，穿过hollin蛋白在细胞膜上溶出的小孔后溶解细胞壁，使细菌的细胞膜破裂，释放出其中的噬菌体和细菌的细胞质。几乎所有的噬菌体都是通过裂解宿主菌结束其感染周期。这一过程虽使病原体死亡，其释放出的内毒素却很容易使身体的免疫系统产生不良反应，引发过敏或中毒。对于身体免疫系统已遭病菌破坏的病人，这将造成更严重的危害。而想要避免毒性反应，需要改变噬菌体的杀菌机制，使其能够破坏细菌结构使其死亡，同时不使其破裂。
除了裂解胞体，破坏对于生物繁殖和生存不可或缺的遗传物质也是一种可行的手段。为了破坏细菌的DNA，我希望向细菌体内引入一种DNA内切酶，特异性地切割细菌DNA，但是不降解噬菌体的DNA，找到这样一种具有特异性的酶是达到这个目标的关键。可以寻找自然界中已经存在的DNA内切酶并加以利用，例如，在PCR扩增时用到的DpnI酶可以识别甲基化的GATC序列，并将这条单链切碎，达到清除母链的作用。甲基化的GATC序列广泛存在于很多细菌的DNA上，可以用来区别复制时产生的子母链，也是细菌的限制性酶切系统的组成之一。所以可以利用DpnI的这一特性，专一地切割具有甲基化GATC序列的细菌DNA。在这个过程中，如果使用没有甲基化修饰DNA的噬菌体来携带这种酶的基因，就可以确保噬菌体遗传物质的完整性。
对于没有DpnI酶切位点的细菌，可以通过借用细菌的DNA特异性结合蛋白的结构域，完成对细菌DNA的识别。利用柔性肽链，将此种特异性的结合结构域与非特异性的DNA内切酶结构域相连接，构造出可以降解细菌DNA的酶（目前已有该手段合成的识别真核生物甲基化位点的酶，并已通过实验验证了其活性）。比如，在构造杀菌酶时，可以连接负责调控细菌染色体复制起始的seqA蛋白质和Dpn1酶的催化活性域，构成的新酶可以特异性结合正在发生复制的细菌染色体并将其切碎，使用RNA聚合酶的结合活性域等也是可行的。
在使用同源重组的手段将重构的DNA内切酶的基因引入噬菌体DNA的同时，应敲除噬菌体表达hollin穿孔素和细胞内溶素的基因，这样就完成了用DNA内切酶对hollin蛋白-内溶素系统的替换，既保证了对细菌的杀灭作用，又保证了菌体的相对完整，减少了内毒素的释放。
这种方法虽然可能显著地降低噬菌体疗法的副作用，但也存在难以避免的缺陷。噬菌体缺乏裂解细菌的机制就相当于是失去了在人体内扩散的能力，需要通过持续给药来维持治疗，而这一缺陷同样使其难以在体外环境下繁殖来获取足够量的噬菌体。这一问题或许可以通过联合使用两种噬菌体的方法解决：首先选取一种细菌作为目标噬菌体的第二宿主，要求这一第二宿主需要有对应的烈性噬菌体。然后通过同源重组的方式让目标噬菌体能够获得侵染第二宿主的能力并敲除其hollin蛋白和内溶素的基因，接着让目标噬菌体和烈性噬菌体一起感染第二宿主，通过烈性噬菌体的裂解作用将目标噬菌体释放出来。通过这种方法即可大量获得目标噬菌体。
发现抗生素还不到一个世纪，却因为滥用导致耐药性细菌的爆发，对人类的健康已经产生了巨大的威胁，开发非抗生素的治疗手段已经刻不容缓。噬菌体很好地解决了这一燃眉之急，但是由于噬菌体的种种特性，噬菌体疗法离真正大规模使用还有很长的路要走。本文对噬菌体疗法的近况做了简单的梳理，并指出改善噬菌体疗法的重要性和减少内毒素释放的可行性，最终根据相关文献和资料提出了改造噬菌体杀菌方式以达到减少内毒素释放的方法。
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收稿日期：2017-10-11 作者简介：吴毓飞（2000-），男，安徽安庆人，安庆市第二中学学生。
