顏士州

噬菌體的發(fā)現(xiàn)歷史

什么叫噬菌體？它是一種侵襲細(xì)菌的病毒，寄生在人體細(xì)菌內(nèi)。只要有細(xì)菌生存的地方就有它的身影。噬菌體很小，呈多種形狀，大多形似蝌蚪。它由核酸和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)構(gòu)成，這兩種物質(zhì)相互保護(hù)。核酸只有一種類型，即DNA或RNA，雙鏈或單鏈，環(huán)狀或線狀。噬菌體分毒性噬菌體和溫和噬菌體。毒性噬菌體產(chǎn)生于病菌之中，繁殖能力極強(qiáng)。溫和噬菌體繁殖能力稍弱一些，只有在溫度等環(huán)境適合的情況下，運(yùn)動(dòng)能力才會(huì)加強(qiáng)。

早在1915年，英國倫敦醫(yī)學(xué)研究所所長(zhǎng)特沃特就在研究天花疫苗的痘苗病毒中發(fā)現(xiàn)了一種非?；钴S的活細(xì)胞。它在病菌外面活動(dòng)，吞噬著病菌，而且他還發(fā)現(xiàn)這種細(xì)胞特別透明，有它存在，病菌數(shù)量就明顯減少。特沃特的這一發(fā)現(xiàn)證明了存在一種奇特的細(xì)菌病毒。可惜那時(shí)候正處于第一次世界大戰(zhàn)期間，這一研究被束之高閣。

與此同時(shí)，加拿大細(xì)菌學(xué)家費(fèi)利克斯·德赫雷爾也在巴黎進(jìn)行研究。1915年8月，一場(chǎng)較為嚴(yán)重的痢疾肆虐在法國騎兵中隊(duì)，整個(gè)部隊(duì)幾乎失去了戰(zhàn)斗力。德赫雷爾從患者的糞便中發(fā)現(xiàn)了痢疾桿菌。他通過顯微鏡觀察到，經(jīng)過一段時(shí)間，細(xì)菌反而越來越少。他由此推斷存在一種吞噬細(xì)菌的病毒，并稱其為噬菌體。

由于當(dāng)時(shí)醫(yī)學(xué)界為此事爭(zhēng)論激烈，他逐漸放棄了這方面的研究。后來馬克斯·施萊辛格明確了噬菌體的定義。他通過實(shí)驗(yàn)證明了純化的噬菌體最大直徑為0.1微米，質(zhì)量大約4x10克，它們由蛋白質(zhì)和DNA構(gòu)成，二者占比大體相等。

1938年—1970年期間，生物學(xué)家德爾布呂克在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有一種受感染的細(xì)菌經(jīng)過半個(gè)小時(shí)的潛伏期后釋放了大量噬菌體。后來他與意大利薩爾瓦多進(jìn)行了噬菌體的研究。1942年3月，他們第一次獲得了噬菌體的清晰照片，并首次分離和鑒定了噬菌體變異株。

1953年懷亞特和科恩開始對(duì)細(xì)菌和受噬菌體感染的DNA的合成進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年的研究。最關(guān)鍵的研究表明，病毒能把遺傳信息引入受感染的細(xì)胞中。

醫(yī)學(xué)界通過長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的研究，從噬菌體中得出的遺傳和生化概念促進(jìn)了病毒學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。1958年，我國第一位細(xì)菌學(xué)博士余賀教授，就曾利用噬菌體成功治療燒傷病人的感染，成為微生物學(xué)界的一段佳話。

當(dāng)然噬菌體有時(shí)有益，有時(shí)也會(huì)有害，益在它會(huì)“吃”掉某些在人體內(nèi)的病菌，害在它可能會(huì)“吃”掉一些益菌，造成負(fù)面影響。

抗超級(jí)細(xì)菌中的作用

2015年年底，美國加州大學(xué)圣迭戈全球健康研究所所長(zhǎng)兼?zhèn)魅静×餍胁＜宜固乩沟虾驼煞蚺撂厣瓋蓚€(gè)人一起去埃及旅游，游覽了金字塔后，她丈夫突然出現(xiàn)了身體不適，繼而不停地出現(xiàn)類似感冒的癥狀，斯特拉斯迪預(yù)感形勢(shì)不妙，趕緊把丈夫送到了開羅的診所。但治療無果，于是她又把丈夫轉(zhuǎn)至法蘭克福醫(yī)院。醫(yī)院最終確診帕特森感染了一種高死亡率的超級(jí)細(xì)菌——“伊拉克細(xì)菌”。由于這種超級(jí)細(xì)菌抗藥性強(qiáng)，現(xiàn)有的抗生素?zé)o可奈何，斯特拉斯迪沒辦法，只好再將其丈夫送回了老家圣迭戈。

圣迭戈的醫(yī)生也是束手無策，使斯特拉斯迪陷入了絕望。這時(shí)她猛然想起在抗生素對(duì)付不了細(xì)菌的情況下，自然界的食物鏈中必然存在它的天敵，而這個(gè)天敵就是噬菌體！噬菌體會(huì)自我復(fù)制繁殖，從內(nèi)部將細(xì)菌蠶食瓦解，但由于噬菌體的種類繁多，到哪里去找合適的呢？

幸運(yùn)的是，馬里蘭海軍醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的塞隆·漢密爾頓少校搜集了300多種有效的噬菌體，經(jīng)多位專家研究篩選，決定將其中合適的噬菌體分別通過靜脈和胸前的導(dǎo)管注入到帕特森的體內(nèi)。治療的過程中幾乎沒有出現(xiàn)波折，噬菌體產(chǎn)生了良好的效果，帕特森身體和意識(shí)都開始慢慢恢復(fù)，經(jīng)過一段時(shí)間的治療，他竟然可以借助拐杖慢慢下地走路了。此后，漢密爾頓少校和斯特拉斯迪以及醫(yī)學(xué)界同仁共同推出了一本關(guān)于噬菌體療法的宣傳書籍，呼吁人們重新審視抗生素的作用，重拾噬菌體這個(gè)古老的武器。

新型藥劑正在研究

2011年4月，美國科學(xué)家曾在《自然》雜志撰文：他們利用噬菌體讓生物分子的進(jìn)化速度提高了100倍。此實(shí)驗(yàn)有望讓制藥業(yè)使用培育出來的蛋白質(zhì)、核酸和其他成分按需制藥。這種發(fā)現(xiàn)改變了多年來一直由有機(jī)小分子制藥的“定律”，如今可通過蛋白質(zhì)或核酸等生物大分子來制藥了。

科學(xué)家利用噬菌體輔助持續(xù)進(jìn)化的方法，可以讓蛋白質(zhì)在每24小時(shí)內(nèi)進(jìn)化60輪，但由于噬菌體的生命周期極短，僅為10分鐘，科學(xué)家們于是創(chuàng)造了利用PACE系統(tǒng)延長(zhǎng)它們生命周期的方法，破解了這一難題。

傳統(tǒng)的制藥成分大多是利用小分子物質(zhì)合成的，未來新型藥劑是以高分子為基礎(chǔ)的。但藥物的合成不是輕而易舉的，要想進(jìn)化蛋白質(zhì)，必須利用由噬菌體輔助進(jìn)行的連續(xù)演化體系。這個(gè)體系完全通過物質(zhì)合成，無需人為干預(yù)。據(jù)報(bào)道，美國哈佛大學(xué)化學(xué)生物學(xué)系的科研人員已經(jīng)研制出利用噬菌體生物分子進(jìn)行快速合成的新方法，新型藥劑正在研究中。

《自然》雜志官網(wǎng)于2017年11月21日?qǐng)?bào)道稱，人類通過腸道，每天會(huì)吸收高達(dá)300億個(gè)噬菌體，這些噬菌體能提高機(jī)體免疫力。當(dāng)然，這一論斷是否正確還有待時(shí)間去驗(yàn)證，不過醫(yī)學(xué)界利用噬菌體這種以毒攻毒的方法提高機(jī)體免疫力已經(jīng)邁出可喜的一步。