目前，全球范围内抗菌素耐药性的增加及抗菌素引发的微生物群失调不良反应使得寻找新的抗菌策略变得迫切。新的具有潜力的替抗物质包括噬菌体、细菌素、合成抗菌肽以及针对细胞壁的特异性水解酶(如噬菌体内溶素)。其中，噬菌体因其具备普适性、病原体特异性和自我复制的特点，备受关注。尽管噬菌体对宿主细菌的攻击在很大程度上不受宿主耐药性的干扰，但使用噬菌体治疗并不能完全使目标细菌群体中的所有细胞全部灭活。这可能是由于噬菌体耐受性或耐药性机制，细菌采用这些机制来对抗病毒的捕食，包括细菌外基质的产生、突变或减少噬菌体受体的表达，适应性CRISPR-Cas免疫系统以及各种限制/修改系统、流产感染系统抗性机制。
最近，瑞士苏黎世联邦理工学院的Samuel Kilcher和Matthew Dunne团队在《Nature Communications》杂志上发表了一项研究，题为《Enhancing bacteriophage therapeutics through in situ production and release of heterologous antimicrobial effectors》。该研究提出的异源效应噬菌体疗法(heterologous effector phage therapeutics，HEPTs)将细菌素和细胞壁水解酶组合钳入工程噬菌体的基因组中，通过原位产生和释放二级抗菌剂，从而增强了噬菌体的杀菌能力。这种策略结合了噬菌体的特异性杀菌活性和二级抗菌剂的局部释放，能够有效抑制抗药性亚种的产生，并且使用单个HEPT或HEPT组合治疗实现跨属细菌病原体的控制。
该研究基于五种不同的强效噬菌体进行了研究，这些噬菌体主要靶向尿路感染病原体如大肠杆菌(噬菌体E2和CM001)、粪肠杆菌(噬菌体EfS3和EfS7)和肺炎克雷伯菌(噬菌体K1)。研究选择了四种针对大肠杆菌或肺炎克雷伯菌的大肠杆菌细菌素(colicin-like bacteriocins，CLB)作为效应因子，并将这四种CLB插入到不同位置上与噬菌体末期启动子相对应的顺反子中，从而构建14种HEPT进行后续验证。
图1 . HEPT的设计和有效载荷活性的评估
研究发现，相比于野生型噬菌体组合、重组效应蛋白或将二者作为单独组分的组合治疗，HEPTs在开发、治疗和转化应用方面具有多个优势。首先，由于工程流程的简单性和噬菌体的基因组可塑性，可以轻松地将不同的效应基因引入同一噬菌体载体中，生成可提供多种治疗效果的HEPTs。除了增强抗菌活性外，HEPTs还可以装载其他有效成分，如免疫调节剂或生物膜分散酶，进一步促进细菌清除和患者康复。
其次，由于HEPTs的扩增和同时释放的药物作用依赖于噬菌体对目标细菌的感染，释放的效应物质的活性仅局限于细菌感染部位，以确保在最佳时空范围内发挥效应物质的作用，减少非特定作用。第三，借助其基因编码的二级抗菌物质，HEPT(s)能够使用最少数量的噬菌体成分实现所需的治疗效果，大大降低噬菌体制造、配方和管理所涉及的工作量、成本和复杂性。对于尿路感染(UTI)的治疗，之前建立的膀胱内注入方案可用于直接将HEPT(s)输送至感染部位，同时最小程度干扰微生物群落和降低全身副作用的。此外，随着噬菌体载体和效应物库的不断涌现，再加上基因组编辑、功能筛选和分析技术的进展，为建立一个设计-构建-测试-学习的平台，快速定制HEPTs以满足个体患者需求提供了令人兴奋的可能性。这种个性化治疗方法，结合基于报告噬菌体的伴随诊断，对于改善抗菌治疗在尿路感染及其他传染病方面具有巨大的潜力。
参考文献：
1. Enhancing bacteriophage therapeutics through in situ production and release ofheterologous antimicrobial effectors. Doi : https://doi.org/10.1038/s41467-023-39612-0