波新聞─陶泰山編輯
科技日報報導，利用噬菌體阻控病原細菌的手段被稱為噬菌體療法，這是一種有望替代抗生素的綠色生態技術。目前，中國已有研究單位針對不同的植物病害收集大量的噬菌體資源，研究不同菌體的作用機制，以及菌體之間的相互影響，利用不同噬菌體聯合抑制土壤病原細菌。
噬菌體，是專門吃細菌的一類病毒，它們廣泛存在於海洋和陸地自然生態系統中。噬菌體通過侵染宿主細菌，可以調控細菌種群數量，驅動細菌群落多樣性和組成的變化，進而影響生態系統功能。
但長久以來，土壤中的噬菌體與作物病害的關係還鮮有研究。
國際學術期刊微生物組發表工程院士、南京農業大學資源與環境科學院教授沈其榮團隊的最新研究論文。該團隊發現，土傳青枯病的發生，與作物根際噬菌體群落構成及噬菌體宿主細菌的互作特徵密切相關。該研究首次證明特異性侵染土壤細菌的噬菌體，對土傳病原細菌青枯菌入侵的潛在影響，為利用噬菌體消减青枯菌導致的作物土傳青枯病提供了新的理論基礎。
在農業生產中，化學農藥和抗生素已被廣泛使用，但不合理的使用會造成土壤功能退化、環境污染等問題。
例如，化學農藥的濫用會顯著增加病原細菌的耐藥性和抗性基因的風險傳播。沈其榮說，此外，在病原細菌與宿主植物互作的熱點區還存在大量土著微生物，这些微生物透過複雜的協同互作，在抵禦病原細菌侵入和感染宿主植物中發揮重要作用。然而，廣譜殺菌的抗生素和農藥等在抑制病原細菌的同時，也會破壞土壤中土著微生物群落的結構和功能穩定，要護衛土壤、動植物、環境健康，急需有效靶向消滅土傳病原細菌並對環境友好的新措施。
論文共同作者、南京農業大學教授韋中說，噬菌體便是其中的天選。噬菌體是專門侵染細菌的病毒，在環境中普遍存在，目前地球生物圈中噬菌體的數量高達10^31個。利用噬菌體阻控病原細菌的手段被稱為噬菌體療法，這是一種有望替代抗生素的綠色生態技術。
目前，噬菌體療法已廣泛應用於臨床醫療、畜牧業、水產養殖和種植業等領域。
韋中指出，噬菌體療法具有幾大優勢：噬菌體可以識別特定病原細菌，對環境影響小；可以利用宿主進行增殖，並進入細菌體內，高效裂解病原細菌；噬菌體療法的應用可以減少抗生素的使用，為食品安全提供保障。
韋中說，在抗生素普及前，噬菌體療法已經有了應用。他說，自噬菌體被發現以來，噬菌體療法不斷發展，在解決由病原細菌侵染引起的作物健康問題方面已有不少嘗試。
1924年，研究人員發現白菜濾液中的噬菌體類物質能夠防止由黃單胞菌引起的白菜腐爛。隨後， 該物質又被廣泛應用於防治由青枯菌、歐文氏菌、丁香假單胞菌和野油菜黃單胞菌等引起的茄科作物青枯病、獼猴桃細菌性潰瘍病、果樹火疫病、柑橘斑點病、水稻葉枯病及土豆洋蔥軟腐病和黑脛病等。2005年，美國環保局首次批准了防治由野油菜黃單胞菌和丁香假單胞菌引起的番茄和辣椒的細菌斑點病的噬菌體產品。2011年，環保局批准一家公司生產的噬菌體生物農藥用於防治番茄的潰瘍病。
中已有研究單位針對不同的植物病害收集大量的噬菌體資源，這些噬菌體為有效防控病害提供資源保障。
韋中說，青枯菌的專性噬菌體以青枯菌為食，它們可以進入青枯菌體內，進行大量增殖，並最終裂解殺死青枯菌。而土壤中還有很多細菌，這些細菌也有各自的專屬噬菌體。當青枯菌被其專性噬菌體抑制後，土壤中的其他細菌會紛紛佔位，細菌之間會上演一場此消彼長的攻防戰。他說，團隊在研究中發現，土壤中的土著細菌，有的是青枯菌的幫手，有的則是青枯菌的敵人，這些土著細菌與其專性噬菌體互作也能間接影響植物健康。例如，一些土著細菌可以抑制青枯菌，而其專性噬菌體的侵染壓制，使它們的力量削弱，導致青枯菌更加猖狂，從而加劇病害。不同的噬菌體在土壤中像雞尾酒那樣混搭存在，影響著植物健康。
與廣譜抑菌的抗生素相比，噬菌體療法有很強的專一性，能精準靶向某一類病原細菌。不過，噬菌體療法也面臨著一些技術挑戰。
韋中說，與使用抗生素類似，噬菌體療法也會不可避免地誘導靶細菌產生抗性。而且病原細菌在不斷變異，抗性也會隨之發生變化。這需要針對不同特點的病原細菌作研究，不斷篩選噬菌體，進行精準治療。
除天然的噬菌體侵染阻礙物外，細菌也進化出一系列的抗噬菌體系統，來阻止噬菌體的侵染。因此，應用單一噬菌體往往無法有效抑制環境中多樣的病原細菌，要有針對不同病原細菌的噬菌體配方。
縱然病原細菌有千般變化，但魔高一尺，道高一丈。韋中表示，目前科研人員正嘗試多種方式抑制病原細菌作惡。
他指出，首先是建立噬菌體資源庫。近年來團隊建立全中國土傳青枯菌專性噬菌體資源庫。庫裡包含從全國收集的幾千株青枯菌與五六百個青枯菌專性噬菌體。他說，有了資源庫，就可以結合培養組學、實驗進化學、機器學習等，構建基因組預測噬菌體抗性的模型，選擇能夠侵染不同病原細菌或同一病原細菌的不同抗性突變體的噬菌體，配置噬菌體雞尾酒配方，將不同的噬菌體組合，有針對性地殺滅病原細菌。其次，隨著合成生物學的發展和對噬菌體侵染機制了解的不斷深入，可以通過基因編輯定向改造噬菌體，如改變、擴大噬菌體的宿主範圍以及增強噬菌體的裂解效率等。
人工智能也為提高噬菌體的有效性提供更多可能。韋中認為，每個病原細菌的變異有限，人工智能可以在積累大量的實驗數據和機器學習後，判斷病原細菌基因突變的可能性及致病性的大小，並據此篩選、設計相應的噬菌體。
圖：噬菌體將基因注入細菌細胞。維基百科，由 phage:Adenosine, bacteria + composition: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) - 自己的作品, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20351670
