西北大学的研究人员成功地诱导了一种致命的病原体从内到外自我毁灭。

　　在这项新研究中，研究人员修改了噬菌体的DNA，噬菌体是一种感染细菌并在细菌内部复制的病毒。然后，研究小组将DNA放入对抗生素具有高度抗性的致命细菌铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)体内。一旦进入细菌，DNA就绕过病原体的防御机制组装成病毒粒子，病毒粒子穿过细菌的细胞杀死它。

　　基于对“噬菌体疗法”日益增长的兴趣，这项实验工作代表了设计病毒作为杀死抗生素耐药细菌的新疗法的关键一步。它还揭示了关于噬菌体内部工作的重要信息，这是一个很少被研究的生物学领域。

　　这项研究将于1月24日星期三发表在《微生物学》杂志上。

　　“抗菌素耐药性有时被称为‘无声的流行病’，”西北大学的埃里卡·哈特曼(Erica Hartmann)说，她领导了这项研究。“全世界的感染人数和感染死亡人数都在增加。这是个大问题。噬菌体疗法已经成为我们依赖抗菌剂的一种尚未开发的替代方案。但是，在许多方面，噬菌体是微生物学的“最后前沿”。我们对它们了解不多。我们对噬菌体的工作原理了解得越多，我们就越有可能设计出更有效的治疗方法。我们的项目是前沿的，因为我们在设计噬菌体时实时了解它们的生物学。”

　　哈特曼是一名室内微生物学家，他是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程副教授，也是合成生物学中心的成员。

　　随着抗菌素使用的增加，抗菌素耐药性的上升对全球人口构成了紧迫和日益严重的威胁。根据美国疾病控制与预防中心(CDC)的数据，仅在美国，每年就有近300万例抗微生物药物耐药性感染发生，超过3.5万人因此死亡。

　　日益严重的危机促使研究人员寻找抗生素的替代品，而抗生素正在不断失去效力。近年来，研究人员开始探索噬菌体疗法。但是，尽管存在数十亿噬菌体，科学家对它们知之甚少。

　　为了探索潜在的噬菌体疗法，研究人员要么精确定位，要么修改现有的病毒，以选择性地靶向细菌感染，而不破坏身体的其他部分。理想情况下，科学家有一天可以定制一种噬菌体治疗方法来感染一种特定的细菌，并设计出具有精确特征和特征的“点菜”治疗方法来治疗个体感染。

　　哈特曼说:“噬菌体的强大之处在于它可以非常具体，这是抗生素所不能做到的。”“例如，如果你因鼻窦感染而服用抗生素，它会破坏你的整个胃肠道。噬菌体疗法可以设计成只影响感染。”

　　虽然其他研究人员已经研究了噬菌体疗法，但几乎所有这些研究都集中在利用噬菌体感染大肠杆菌上。然而，哈特曼决定把重点放在铜绿假单胞菌上，这是五种最致命的人类病原体之一。铜绿假单胞菌对免疫系统受损的人尤其危险，是医院感染的主要原因，经常感染烧伤或手术伤口的患者以及囊性纤维化患者的肺部。

　　哈特曼说:“这是许多人真正关心的最重要的多重耐药病原体之一。”“它具有极强的耐药性，因此迫切需要开发替代疗法。”

　　在这项研究中，哈特曼和她的团队从铜绿假单胞菌开始，从几个噬菌体中纯化DNA。然后，他们使用电穿孔法;一种提供短而高压的脉冲电流的技术。在细菌的外细胞上戳出临时的洞。噬菌体DNA通过这些孔进入细菌，模拟感染过程。

　　在某些情况下，细菌将DNA识别为异物，并粉碎DNA以保护自己。但在使用合成生物学优化这一过程后，哈特曼的团队能够摧毁细菌的抗病毒自卫机制。在这些情况下，DNA成功地将信息带入细胞，产生杀死细菌的病毒粒子。

　　哈特曼说:“在我们成功的地方，你可以看到细菌上的黑点。”“这就是病毒从细胞中爆发出来并杀死所有细菌的地方。”

　　在这次成功之后，哈特曼的团队引入了另外两种噬菌体的DNA，这两种噬菌体自然无法感染他们的铜绿假单胞菌菌株。这个过程又一次奏效了。

　　噬菌体不仅杀死了细菌，细菌还喷出了数十亿个噬菌体。这些噬菌体可以用来杀死其他细菌，比如引起感染的细菌。

　　下一步，哈特曼计划继续修改噬菌体DNA以优化潜在的治疗方法。目前，她的团队正在研究铜绿假单胞菌排出的噬菌体。

　　“这是制造噬菌体疗法的重要一步，”她说。“我们可以研究噬菌体，以决定开发哪些噬菌体，并最终大规模生产它们作为治疗药物。”

　　这项名为“合成生物学方法组装和重启临床相关的铜绿假单胞菌尾噬菌体”的研究得到了瓦尔德基金会、美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院的支持。