熊文斌,盧 晗,劉新春

(中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 101408)

隨著科技進(jìn)步與社會發(fā)展，人們開始越來越重視水環(huán)境的安全問題。在污水處理過程中，現(xiàn)存工藝存在著諸如污泥膨脹等系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定問題，影響污水處理效果，并存在病原菌排入環(huán)境的安全隱患。

噬菌體是一種有效的抗菌劑，在歐洲一些國家以及前蘇聯(lián)地區(qū)曾一度試行過用噬菌體療法來治療疾病。后來由于抗生素的發(fā)現(xiàn)與使用，噬菌體療法逐漸被人們淡忘。由于耐藥菌的不斷出現(xiàn)，加之新型抗生素研發(fā)周期過長，抗生素療法遭遇瓶頸。鑒于此，噬菌體治療再次引起了人們的重視。同時(shí)，基因測序技術(shù)以及分子生物學(xué)的高速發(fā)展也為噬菌體技術(shù)的應(yīng)用提供了有利的條件[1-2]。目前，噬菌體已經(jīng)在醫(yī)學(xué)[3]、漁業(yè)[4]、食品行業(yè)[5]等領(lǐng)域開展了相關(guān)應(yīng)用，主要是篩選一些烈性噬菌體，利用其專一性裂解目標(biāo)細(xì)菌這一特性來殺滅一些特定的病原菌。

與噬菌體治療在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用類似，噬菌體介導(dǎo)的生物防治技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)手段在緩解飲用水、廢水及其他環(huán)境問題方面具有良好的應(yīng)用前景，是污水處理過程中治理污泥絲狀膨脹、消毒、監(jiān)測水體等的一個(gè)全新的研究方向。為此，本文對噬菌體在污水處理過程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，為進(jìn)一步擴(kuò)大噬菌體技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 噬菌體的生理特性

圖2 噬菌體在污水處理過程中的應(yīng)用Fig.2 Application of Phage in Wastewater Treatment

噬菌體是世界上數(shù)量最豐富的微生物，水生系統(tǒng)中噬菌體的數(shù)量在每毫升104～108[6]。噬菌體是能夠感染細(xì)菌、真菌、藻類、放線菌或螺旋體等微生物的病毒的總稱，部分能引起宿主菌的裂解，故稱為噬菌體[7]。它不具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其單一核酸由蛋白質(zhì)外殼所包圍。噬菌體普遍由棱柱形頭部內(nèi)的遺傳物質(zhì)(被蛋白質(zhì)衣殼、尖刺和附著于細(xì)菌的尾巴纖維包圍)和中空管(尾鞘)這兩部分組成，其遺傳物質(zhì)從該中空管注入宿主中[8]。噬菌體的特異性取決于其自身的尾纖維蛋白以及細(xì)菌細(xì)胞表面的特異性受體[9]。

根據(jù)噬菌體感染宿主后的生理行為可以將噬菌體大致分為兩類：烈性噬菌體與溫和噬菌體。前者將遺傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞后進(jìn)行自我復(fù)制并表達(dá)，在宿主細(xì)胞內(nèi)組裝成子代病毒顆粒，最終使細(xì)胞裂解，釋放出子代噬菌體(圖1)。溫和噬菌體的遺傳物質(zhì)則在進(jìn)入宿主細(xì)胞后與細(xì)菌基因組相整合，成為原噬菌體。在一定外界條件刺激下，原噬菌體也會進(jìn)入裂解循環(huán)。

圖1 噬菌體的裂解周期Fig.1 Lytic Cycle of Phage

噬菌體常常具有嚴(yán)格的宿主范圍，其原因在于噬菌體的細(xì)胞受體具有嚴(yán)格的種系特異性。例如，T2和T6噬菌體的細(xì)胞受體是大腸桿菌細(xì)胞外壁層的脂蛋白，而T3和T5噬菌體的細(xì)胞受體是細(xì)胞壁中層的脂多糖[10]。因此，在一般情況下，噬菌體只會感染特定的宿主細(xì)菌，而不會感染真核細(xì)胞生物。

噬菌體復(fù)制速度非?？臁?jù)報(bào)道，一個(gè)單位的烈性噬菌體感染一個(gè)細(xì)菌后，只需重復(fù) 4 個(gè)感染周期，即可殺滅 10 億個(gè)細(xì)胞[11]。

2 噬菌體在污水處理過程中的應(yīng)用

受噬菌體在醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域用于處理致病性細(xì)菌感染的啟發(fā)，研究者們認(rèn)為噬菌體作為選擇性、自我復(fù)制的細(xì)菌控制劑在水和廢水處理領(lǐng)域同樣具有應(yīng)用潛力，能夠在傳統(tǒng)工藝的許多環(huán)節(jié)中發(fā)揮其獨(dú)特作用(圖2)。

2.1 活性污泥絲狀膨脹的治理

在活性污泥系統(tǒng)運(yùn)行不正常的情況下，活性污泥會發(fā)生膨脹。活性污泥膨脹分為絲狀膨脹和非絲狀膨脹兩種情況。據(jù)報(bào)道，約有90%的污泥膨脹為絲狀細(xì)菌過度生長而導(dǎo)致的絲狀膨脹[12]。絲狀細(xì)菌在適宜的環(huán)境條件下過度生長，導(dǎo)致活性污泥非正常膨脹。片狀絮凝物變?yōu)榻z狀(直徑<10 mm)，絮凝物體積減小，污泥沉降性能變差，出水水質(zhì)嚴(yán)重惡化。

傳統(tǒng)的藥劑如滅菌劑、絮凝劑等僅能暫時(shí)控制污泥膨脹，一旦停止投加，很有可能再次發(fā)生污泥膨脹。此外，藥劑的投加還有可能對活性污泥中的其他微生物產(chǎn)生不良影響。由此，研究人員提出利用噬菌體作為絲狀菌的專性滅菌劑來控制污泥膨脹，認(rèn)為噬菌體能夠快速侵染宿主并進(jìn)入裂解循環(huán)，從而達(dá)到迅速消滅過度繁殖的絲狀菌的目的。同時(shí)，噬菌體具有專一性，不會侵染污泥體系內(nèi)的其他微生物，對系統(tǒng)的生態(tài)穩(wěn)定性不會造成影響。

目前，已經(jīng)分離出可以裂解紅球菌屬(Rhodococcus)、諾卡氏菌屬(Nocardia)以及戈登氏菌屬(Gordonia)等[13-16]能夠引起污泥膨脹和生物發(fā)泡的諾卡氏型絲狀細(xì)菌的烈性噬菌體。此外，Petrovski等[17]分離出能夠裂解雅氏四聯(lián)球狀菌(Tetrasphaerajenkinsii)絲狀細(xì)菌的烈性噬菌體。Dyson等[18]發(fā)現(xiàn)，在污泥體系中，83%的諾卡氏型絲狀菌的基因組中疑似攜帶溫和噬菌體序列。通過絲裂霉素C外源物的誘導(dǎo)，能夠使整合在絲狀菌基因組中的原噬菌體進(jìn)入裂解循環(huán)，進(jìn)行復(fù)制與表達(dá)噬菌體蛋白質(zhì)，形成子代噬菌體并裂解細(xì)胞。Choi等[19]分離出能夠?qū)Ｐ粤呀飧∮吻蛞戮?Sphaerotilusnatans)的烈性噬菌體。通過實(shí)驗(yàn)室模擬裝置，檢驗(yàn)其治理由Sphaerotilusnatans引起的絲狀膨脹的效果，僅在數(shù)小時(shí)后，污泥體積顯著減小，出水水質(zhì)得到改善。研究人員發(fā)現(xiàn)[20]，噬菌體能在短時(shí)間內(nèi)快速侵染并裂解宿主菌，使污泥沉降能力迅速上升。在投加噬菌體后，絲狀細(xì)菌的數(shù)量快速下降。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，原本絲狀絮凝物直徑開始逐漸變大，即污泥體系中的絮凝體尺寸在絲狀菌數(shù)量減少后增大，污泥沉降性能得到改善，上清液更清澈。表明，絲狀菌死亡減輕了絲狀菌對絮凝過程的擾動影響，從而使絮凝過程更加穩(wěn)定。同時(shí)，檢測發(fā)現(xiàn)，噬菌體應(yīng)用過程中，污泥體系中COD和氨氮的去除效率無明顯下降。由此說明，噬菌體對活性污泥工藝的正常功能暫無顯著負(fù)面影響。當(dāng)然，目前噬菌體的應(yīng)用仍局限于實(shí)驗(yàn)室階段，尚無實(shí)際應(yīng)用案例。噬菌體在實(shí)際工程中治理污泥膨脹的效能有待進(jìn)一步實(shí)踐探索。

2.2 消毒

近年來，由水體污染帶來的水媒型傳染病的暴發(fā)時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因水媒型傳染病造成的死亡人數(shù)約占全世界總死亡人數(shù)的4%。當(dāng)前污水處理工藝中主要的消毒工藝是液氯消毒，雖然能夠去除水中大部分的病原菌，但總有殘留，且存在費(fèi)用高、易產(chǎn)生三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物的缺陷[21]。在一些經(jīng)濟(jì)水平不夠發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，水處理技術(shù)并不達(dá)標(biāo)，經(jīng)污水廠排放的處理水中往往存在超標(biāo)數(shù)量的致病菌[22]。

噬菌體在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用表明其是一種具有優(yōu)秀抗菌潛力的抗菌劑，能夠特異性地殺滅目標(biāo)病原菌而不對環(huán)境中其他生物造成不良影響。水生環(huán)境中，對噬菌體引起的細(xì)菌死亡率的估計(jì)表明，噬菌體可導(dǎo)致1%～100%的細(xì)菌死亡率，這取決于水體環(huán)境的營養(yǎng)狀態(tài)(表1)[23]。在二級出水消毒環(huán)節(jié)，可通過直接利用噬菌體特異性地裂解目標(biāo)菌株及生物膜，或利用噬菌體形成的選擇壓力來選擇生長較慢、更易受殺菌劑或競爭性排斥的噬菌體抗性細(xì)菌，來降低目標(biāo)種群對環(huán)境的適應(yīng)度[24]，以盡量減少出水中耐藥性致病菌的數(shù)量，削弱耐藥性致病菌進(jìn)入環(huán)境后帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)。

表1 不同水生環(huán)境中噬菌體致細(xì)菌死亡占細(xì)菌死亡率的比率Tab.1 Ratio of Bacteria Fatality by Phage to Total Bacterial Death in Different Aquatic Environments

Beheshti等[22]從河水中分離鑒定了兩株對大腸桿菌PTCC1 399株和大腸桿菌SBSWF27株及當(dāng)?shù)匚鬯写竽c菌群有裂解作用的噬菌體。以大腸桿菌噬菌體混合物(phage cocktail)處理城市污水，培養(yǎng)2 h后，大腸菌群的最大或然數(shù)(MPN)下降了22倍。Dhevagi等[25]分離出的廣譜噬菌體能夠裂解大腸桿菌多種菌株，致力于處理醫(yī)院廢水中的耐藥性細(xì)菌。此外，一些研究人員嘗試從水樣中分離出了能夠針對其他致病菌的噬菌體。張仲陽等[26]與Leuschner等[27]分別從水樣中分離出針對鼠傷寒沙門氏菌噬菌體Pst87170與PWH2，均證明其對鼠傷寒沙門噬菌有良好的消滅效果，且具有不錯(cuò)的熱穩(wěn)定性與酸堿耐受性，具有應(yīng)用潛力。根據(jù)現(xiàn)有的一些關(guān)于噬菌體“雞尾酒療法”的研究，可以通過構(gòu)建新型噬菌體制劑對污水進(jìn)行消毒。噬菌體不僅具有高效而專一的殺菌效果，且復(fù)制速度極快[11]，在污水中存活時(shí)間長，擁有類似余氯的持續(xù)消毒效果。

同時(shí)，在人類使用噬菌體的過程中并沒有出現(xiàn)明顯的感染癥狀[5]。它們僅對具有對應(yīng)細(xì)胞受體的宿主細(xì)菌產(chǎn)生感染現(xiàn)象，于人類以及哺乳動物而言暫無顯著負(fù)面影響。但是，由于噬菌體對環(huán)境條件較為敏感，且基因頻繁地水平轉(zhuǎn)移，宿主菌或?qū)⒂纱双@得抗生素抗性基因，加劇抗生素治療失效問題。這一現(xiàn)象需要引起相關(guān)研究人員的關(guān)注。

2.3 監(jiān)測水體

污水成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，十分適合各種微生物(包括各種病原菌)的生長。一旦病原菌在適宜的條件下突然暴發(fā)，肉眼或一般的檢測儀器無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就有可能因?yàn)闆]有及時(shí)采取強(qiáng)化消毒措施而導(dǎo)致疫情的暴發(fā)。此外，經(jīng)物理或化學(xué)過程消毒后，一些受損但未死亡的細(xì)菌細(xì)胞可能會在一定條件下休眠一段時(shí)間，進(jìn)行損傷修復(fù)或進(jìn)入非可培養(yǎng)(VBNC)狀態(tài)，并保持致病性[28]。

噬菌體作為傳感器檢測細(xì)菌已經(jīng)在食品[29-31]等領(lǐng)域有所應(yīng)用(表2)。噬菌體與宿主細(xì)菌細(xì)胞具有親和力，可作為電化學(xué)傳感器的識別元件，還可通過檢測噬菌體裂解細(xì)胞后細(xì)胞釋放的內(nèi)容物(如酶和離子等)來檢測細(xì)菌。Ben等[32]發(fā)現(xiàn)噬菌體對感染性的反應(yīng)能力及其擴(kuò)增程度與宿主細(xì)胞的活性呈正相關(guān)，認(rèn)為可通過噬菌體感染數(shù)據(jù)來間接反映水中某些致病菌的存活狀態(tài)與數(shù)量。噬菌體在宿主表面的成功吸附依賴于噬菌體的尾受體結(jié)合蛋白(receptor binding proteins，RBPs)和宿主表面的特異性受體。Xu等[33]通過試驗(yàn)證明了，具有物種特異性的尾部纖維蛋白對于鑒定宿主具有良好的特異性。利用這一特性，Sedki等[34]提出了一種早期檢測大腸菌群的噬菌體電化學(xué)阻抗譜細(xì)胞傳感器：以3-巰基丙酸為連接劑，通過共價(jià)鍵將噬菌體固定在金納米粒子(AuNPs)表面。大腸桿菌與細(xì)胞傳感器表面的M13噬菌體結(jié)合，增加了電荷轉(zhuǎn)移電阻，從而可檢測大腸菌群。該生物傳感器非常靈敏，檢測限(limit of detection，LOD)為14 CFU/mL，且對大腸菌群表現(xiàn)出高選擇性。相較于傳統(tǒng)的細(xì)胞計(jì)數(shù)法、顯微鏡檢查等，更加方便快捷，也比PCR、ELISA等技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)。不僅如此，尾部蛋白的特性還為拓寬噬菌體宿主范圍提供了新的思路[35]。

表2 基于噬菌體構(gòu)建的傳感器的原理與檢測限Tab.2 Principle and Detection Limit of Phage Based Sensor

此外，一些試驗(yàn)證明，噬菌體還可用于檢測某些特定病毒或毒素在污水中的濃度。Xu等[36]利用天然羊駝噬菌體展示納米文庫的巨大多樣性和容量，通過生物掃描篩選出高活性的微囊藻毒素(MC-LR)納米體，通過基因克隆在大腸桿菌BL21中表達(dá)陽性MC-LR納米體蛋白，并建立MC-LR的IC-ELISA檢測方法，具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好等特點(diǎn)。

3 噬菌體應(yīng)用的局限性

研究者們對噬菌體在污水處理方面的應(yīng)用潛力做出了諸多構(gòu)想與嘗試。盡管有醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用噬菌體的經(jīng)驗(yàn)，但要真正實(shí)現(xiàn)噬菌體在污水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，仍有一些局限需要突破。主要分為3個(gè)部分：噬菌體過于窄的宿主譜、可能攜帶有毒性或耐藥性基因、細(xì)菌可能會產(chǎn)生對噬菌體的抗性(表3)。

表3 噬菌體應(yīng)用的局限性Tab.3 Limitations of Phage Application

3.1 宿主范圍

噬菌體特殊的宿主范圍使其能選擇性解決醫(yī)療、污水處理等領(lǐng)域的問題，但同時(shí)也使噬菌體治理污水存在一定局限。

噬菌體吸附于宿主細(xì)胞并注射遺傳物質(zhì)的過程非常嚴(yán)格，受限于特殊的細(xì)胞受體與自身的病毒吸附蛋白[37]。因此，噬菌體的宿主范圍十分有限。面對污水處理系統(tǒng)中復(fù)雜的細(xì)菌組成，很難找到一種或幾種噬菌體能夠覆蓋全部的目標(biāo)細(xì)菌。同時(shí)，由于我們對噬菌體與宿主之間的吸附作用了解過少，噬菌體制劑的研發(fā)難度大大增加。

研究者們提出建立“噬菌體銀行”以及“噬菌體雞尾酒銀行”，即將已知的噬菌體及其相關(guān)敏感宿主進(jìn)行數(shù)據(jù)分類并構(gòu)建檢索工具，在發(fā)現(xiàn)致病菌后可以迅速找出相關(guān)敏感噬菌體并調(diào)制出合適的“噬菌體雞尾酒”[38]。此外，一些研究人員認(rèn)為可以利用基因工程的手段，擴(kuò)寬噬菌體的宿主譜。例如，將寬譜噬菌體的宿主譜決定基因替換至窄譜噬菌體的基因組中。陳綿綿等[39]發(fā)現(xiàn)，在替換噬菌體基因之后，窄譜噬菌體的宿主譜被擴(kuò)寬，且其后代同時(shí)繼承了二者的宿主譜。

3.2 有毒性或耐藥性基因

在自然環(huán)境中，噬菌體是推動細(xì)菌進(jìn)化的重要?jiǎng)恿?，二者之間存在著頻繁的基因水平轉(zhuǎn)移。因噬菌體可能會攜帶有毒性或耐藥性基因[40]，在噬菌體侵染宿主的過程中也很有可能將這種基因轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞。

曾振靈等[41]發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境來源噬菌體的基因組中攜帶有大量的耐藥性基因(ARG)，這些噬菌體極有可能將這些基因轉(zhuǎn)導(dǎo)至宿主細(xì)胞內(nèi)，使宿主細(xì)胞獲得耐藥性。噬菌體基因水平轉(zhuǎn)移的方式多樣，有轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化等轉(zhuǎn)移方式[42]。

研究人員在食品、農(nóng)田土壤等領(lǐng)域均檢測出含ARG的噬菌體顆粒，這些噬菌體能長時(shí)間存活并可能成為耐藥性基因傳遞的載體[43-44]。Gabashvili等[45]研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)參與了一些人類和動物細(xì)菌病原體自然種群中與抗生素抗性相關(guān)的blaCTX-M、mel和tetM基因座的跨基因傳播。

因此，在將噬菌體投入實(shí)際應(yīng)用時(shí)，特別是應(yīng)用于環(huán)境工程等可控能力不強(qiáng)的領(lǐng)域時(shí)，必須明確所使用的噬菌體有無毒性或耐藥性基因，以保證制劑的有效性，需防止產(chǎn)生新的“耐藥細(xì)菌”。

3.3 抗噬菌體細(xì)菌的產(chǎn)生

Synnott等[46]從生活污水進(jìn)水中分離出金黃色葡萄球菌特異性裂解噬菌體。在分批共培養(yǎng)試驗(yàn)[47]中，金黃色葡萄球菌對該噬菌體Φ產(chǎn)生了耐藥性。研究人員猜測，噬菌體的使用常常給抗噬菌體細(xì)菌的選擇帶來壓力，從而導(dǎo)致耐藥性的出現(xiàn)。

細(xì)菌在噬菌體的選擇壓力下進(jìn)化出一系列抗性機(jī)制，包括限制修飾系統(tǒng)(R-M系統(tǒng))、簇狀規(guī)則散布的短回文重復(fù)序列-Cas系統(tǒng)(CRISPR-Cas系統(tǒng))等[48]。噬菌體也進(jìn)化出了抗CRISPR蛋白等物質(zhì)或機(jī)制來打破細(xì)菌的抗性機(jī)制，使細(xì)菌對其重新敏感[49]。

在自然條件下，細(xì)菌會進(jìn)化出對噬菌體的抗性，噬菌體也在不斷地進(jìn)化和適應(yīng)，以期產(chǎn)生新的蛋白或新的感染機(jī)制。二者的協(xié)同進(jìn)化在自然界中十分常見，但在噬菌體實(shí)際應(yīng)用時(shí)，則體現(xiàn)在投加噬菌體之初有非常好的殺菌效果，但是當(dāng)細(xì)菌數(shù)量減少到一定水平時(shí)，細(xì)菌死亡的速度開始減緩并最終趨于平衡，使得噬菌體治療的最終效果未知[50]。噬菌體導(dǎo)致的抗藥性細(xì)菌的出現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)噬菌體應(yīng)用的重要障礙，深入了解噬菌體抗性機(jī)制對噬菌體的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。

4 新的應(yīng)用

上文所論述的局限性限制了噬菌體在污水處理過程中的廣泛應(yīng)用，但隨著分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等領(lǐng)域的深入研究與拓展以及噬菌體展示技術(shù)等基于噬菌體的新技術(shù)的出現(xiàn)讓噬菌體的局限性有望得到彌補(bǔ)。同時(shí)，噬菌體的應(yīng)用絕不僅僅局限于利用噬菌體裂解細(xì)菌這一特性。

4.1 裂解酶的發(fā)現(xiàn)與利用

研究者們在研究噬菌體裂解細(xì)胞的機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，雙鏈DNA噬菌體能夠通過合成裂解酶來水解宿主菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)[51]。裂解酶也稱為噬菌體編碼的內(nèi)溶素，被認(rèn)為是治療耐藥細(xì)菌感染的有效抗菌劑和抗生素的合適替代品，有可能克服傳統(tǒng)噬菌體治療的一個(gè)主要缺點(diǎn)，即噬菌體的狹隘特異性[52]。有報(bào)道稱[53]，宿主為革蘭氏陽性細(xì)菌的噬菌體裂解酶也能從外部溶解革蘭氏陽性細(xì)菌，其宿主范圍遠(yuǎn)大于單個(gè)噬菌體。裂解酶作為一種抗菌劑，已經(jīng)被用于各種生物醫(yī)學(xué)研究中，包括食品科學(xué)和微生物檢測。在一些動物模型中也有相關(guān)的殺菌效果的研究與評測。同時(shí)，一些臨床試驗(yàn)已證明噬菌體裂解酶具有巨大的應(yīng)用潛力，甚至可用于人類治療[54-55]。

從噬菌體到噬菌體裂解酶，其宿主范圍有了巨大的拓展。在未來或能發(fā)現(xiàn)某種廣譜裂解酶，用于殺滅某一大類絲狀菌或病原菌，從而繞過噬菌體窄譜的局限性，有效快速地滅活目標(biāo)細(xì)菌。

4.2 溫和噬菌體的研究與應(yīng)用

溫和噬菌體能夠通過特殊的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)細(xì)菌間基因轉(zhuǎn)移，存在傳播抗生素耐藥性、增強(qiáng)細(xì)菌毒性的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在長久以來的噬菌體應(yīng)用研究過程中，溫和噬菌體是被避免使用的。但是，測序技術(shù)和合成生物學(xué)的進(jìn)展為探索利用溫和噬菌體治療細(xì)菌感染提供了新的機(jī)遇。目前，已經(jīng)有不少關(guān)于溫和噬菌體的應(yīng)用策略被開發(fā)并進(jìn)行了試驗(yàn)測試，包括降低細(xì)菌負(fù)荷、與烈性噬菌體混合以增強(qiáng)烈性噬菌體的裂解能力、設(shè)計(jì)基因工程噬菌體、將抗生素敏感性的基因傳遞給具有產(chǎn)生抗生素抗性的細(xì)菌以恢復(fù)抗菌藥物敏感性等[56]。

污水廠是抗生素污染污水的接收處，同時(shí)也是各種細(xì)菌混合滋生的聚集地。進(jìn)水中殘留的抗生素與病原菌在各種處理構(gòu)筑物內(nèi)混合接觸，使得細(xì)菌突變產(chǎn)生耐藥性的幾率大大上升。此外，城市污泥存在抗性菌的可能性更高。葛峰等[57]對從南京市4個(gè)污水處理廠的活性污泥中分離出的35株細(xì)菌進(jìn)行抗生素耐藥性分析，97.1%的菌株具有不同程度的抗生素耐藥性，且80%的菌株具有多重耐藥性。金明蘭等[58]在某污水廠二級處理出水中檢測出磺胺類藥物的抗性菌，這種病原菌若隨出水或污泥進(jìn)入自然環(huán)境，將對環(huán)境及人體健康帶來風(fēng)險(xiǎn)。如果能夠在污水廠出水之前，利用工程溫和噬菌體使目標(biāo)病原菌對抗生素恢復(fù)敏感，削弱其存活能力；或與烈性噬菌體組合以加強(qiáng)噬菌體的滅菌能力，則有可能從源頭解決病原菌耐藥性問題。

正如上文所述，噬菌體尾部纖維蛋白、裂解酶等噬菌體蛋白質(zhì)已經(jīng)在醫(yī)療、食品等諸多領(lǐng)域進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。相較于噬菌體，噬菌體蛋白質(zhì)具有更寬的宿主譜以及組織滲透性。隨著噬菌體遺傳學(xué)和生物學(xué)知識的不斷深入，噬菌體和噬菌體衍生顆粒已經(jīng)在醫(yī)療、診斷、細(xì)菌檢測、食品保存、動物育種和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的試驗(yàn)應(yīng)用[59]，為噬菌體在污水處理中的應(yīng)用提供了一定的試驗(yàn)背景與技術(shù)手段，同時(shí)也為噬菌體在污水處理中的應(yīng)用提供了新的發(fā)展方向。

5 總結(jié)

污水處理效果的好壞不僅關(guān)系到環(huán)保事業(yè)，同時(shí)也關(guān)系著每一個(gè)人的健康。污水處理工藝的改進(jìn)不僅在于提高出水水質(zhì)，更在于提高出水的安全性以及降低處理成本。噬菌體是一種專性侵染細(xì)菌，是能夠自體復(fù)制且快速擴(kuò)散的生物制劑。長久的研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用時(shí)，噬菌體優(yōu)于抗生素，擁有巨大的應(yīng)用潛力。但是，噬菌體應(yīng)用目前還尚存著一些諸如特異性過強(qiáng)、隱含抗性或毒性基因等缺陷，使得距離噬菌體在實(shí)際中應(yīng)用仍有一段距離。此外，社會問題也是噬菌體應(yīng)用所必須面對的現(xiàn)實(shí)問題。盡管一些噬菌體制劑已經(jīng)被某些官方機(jī)構(gòu)承認(rèn)，但是噬菌體制劑作為一種新型的生物試劑，需要更加嚴(yán)苛的管理制度，同時(shí)也需要提供更加充足的證據(jù)來證明其對人類或環(huán)境是足夠安全的。