噬菌体疗法在土壤环境系统中靶向灭活致病细菌的讨论进度由致病细菌导致的新型问题,已给人体健康和生态环境造成了较严重的安全隐患,开展针对性的致病菌污染土壤成因机制、风险管控技术和治理修复方法的讨论十分必要
噬菌体是指能感染细菌、真菌或放线菌等宿主微生物的特别生物体,由蛋白衣壳和核酸组成,严格依赖于活体宿主完成增殖
噬菌体在土壤、水、空气乃至人/动物体表、口腔、肠道内都有大量定殖,据估算环境中噬菌体总数量约在1031 数量级,总质量约 109 吨,每秒噬菌体侵染宿主细菌的数目约在1023~1025 CFU
根据其形态结构特点,可将其划分为有尾噬菌体、无尾噬菌体和丝状噬菌体 3 种类型(图 1)
图 1 噬菌体类型土壤噬菌体疗法(phage therapy)是指通过筛选、纯化和富集特定宿主细菌专属烈性噬菌体,向目标细菌污染土壤环境体系接种噬菌体,定向侵染裂解宿主细菌的技术方式
其主要机理是烈性噬菌体在环境迁移过程当中,识别宿主细菌表面特异性受体,随后吸附态的噬菌体将自身遗传物质注入细菌体内,利用宿主体内核酸等物质,快速完成自身复制和蛋白质合成,进而在细菌体内装配出大量子代噬菌体,并表达溶壁酶,使宿主细菌破裂死亡,完成裂解释放过程(图2)
图 2 烈性噬菌体生活史示意图近来年在土壤-植物(作物/蔬菜/果树)体系中引入“农业噬菌体疗法”(agricultural phage therapy)的概念来灭活致病细菌的讨论也得到了长足进展(图 3)
图 3 噬菌体追踪裂解土壤-植物系统中病原菌示意图此外,使用噬菌体疗法在土壤-动物体系和土壤-地下水体系中靶向灭活致病细菌也渐渐成为新的讨论热点(图 4)图 4 噬菌体靶向灭活土壤-地下水系统中致病菌示意图由于噬菌体疗法可以在土壤生态环境系统中靶向追踪灭活特定种类的宿主细菌,因而具备比较广泛的应用前景,同时也很有必要从全局角度了解噬菌体疗法对土壤