萊茵河噬菌體：超級細菌的天敵
具有抗生素耐藥性的細菌是對人類健康的最大威脅之一。而在瑞士境內被分離出的一套獨特的噬菌體系列則正在幫助全球研究人員們開發新型對抗不可治癒感染的療程。
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考慮到剛剛結束的疫情，目前討論有益病毒這個話題顯得有些不合時宜。然而，並非所有的病毒都會對我們的健康產生危害。在微生物學家亞歷山大·哈姆斯(Alexander Harms)看來，被稱為噬菌體的一類病毒可通過感染細菌發揮出強大的作用並挽救人們的生命。可惜的是，對於這類病毒我們目前仍知之甚少。對此，哈姆斯直白地表示：“在科學層面上，研究噬菌體的難度不亞於探索月球不為人知的那一面。”
2019年，來自德國的哈姆斯聯合了一群高中生開始在噬菌體這個未知領域裡展開了研究。在瑞士巴塞爾的一個暑期課程期間，他們從自然界中採集到了一些噬菌體的樣本並對其特徵進行了標註。這些噬菌體病毒不僅在當下被世界各地研究機構視為重要參考，將來更有望在治療細菌感染方面發揮積極的效果。
細菌殺手
和所有病毒一樣，噬菌體無法進行自我複製，而是通過利用被它們感染的細菌的代謝系統得以生存。在完成複製後，噬菌體通過細胞裂解的方式(亦即對細胞膜的破壞)來激發宿主的死亡。
噬菌體是地球上數量最多且分佈最廣的生物體之一。不論是在森林陸地，還是在海洋表面，它們不計其數地存在於地球上所有的生態系統之中。而在生態及碳循環方面，這些微生物也扮演著舉足輕重的角色。譬如，由於突出的裂解活性，噬菌體為海洋細菌所攜帶的營養物質的擴散提供了極大的幫助。
對此，亞歷山大·哈姆斯予以肯定道：“在某種程度上，噬菌體是我們這個星球的驅動力之一。”截至去年，這位微生物學家尚任職於巴塞爾大學的生物研究中心：一所專門研究分子和基礎生物醫學的機構。現今，他則在蘇黎世聯邦理工學院的食品、營養和健康研究所繼續他的職業生涯。
噬菌體不僅存在於自然界中，同時也存在於我們的身體之中。它們並不會攻擊人類的細胞，但會對人體內細菌種群的組成產生影響。然而，針對噬菌體對人體腸道菌群的影響所進行的研究目前仍十分匱乏。
>> 以下的動畫影片(英)展示了噬菌體的生命週期：
在哈姆斯看來，噬菌體之所以成為科學界高度關注的研究工具，主要原因在於這種微生物的選擇性感染細菌的能力。確切地說，一個噬菌體只能識別某個特定種類的細菌，且通常只能識別該細菌種類的某些菌株。在功能方面，噬菌體不僅可以消滅包括沙門氏菌在內的污染食物的致病菌，也可用於治療泌尿系統或呼吸系統的細菌感染。
而一類會對導致慢性感染的“沉睡細菌”發動攻擊的噬菌體引發了哈姆斯的濃厚興趣。在這種興趣的推動下，這位科學家走進了實驗室，並開始對自然界中的噬菌體展開了研究。
萊茵河中的新型噬菌體
2019年夏日期間，藉著由巴塞爾大學生物研究中心開展的名為“巴塞爾夏季科學院” (Basel Summer Science Academy)的暑期課程的機會，亞歷山大·哈姆斯和一群高中生一起從萊茵河中、池塘裡、堆肥場中以及巴塞爾地區的污水處理廠內採集到了一些水和土壤的樣本。哈姆斯回憶道：“當時，我們並不知道接下來會發生什麼。”
在實驗室裡，哈姆斯的研究團隊分離出了大量可破壞大腸桿菌的噬菌體，並對其特徵作出了詳細的描述。大腸桿菌是分佈最廣的腸道細菌之一，通常對人體無害，但在某些情況下卻能引發嚴重的疾病。兩年後，一套由70種噬菌體組成的系列作為這次研究的成果被刊登在了科學期刊PLOS Biology上。
關於這套系列的研究表明，特徵相似的噬菌體種群發揮出的效果和表現出的功能基本一致，並且完全不受地理位置的影響。亞歷山大·哈姆斯對此感慨道：“這確實是一個令人震撼的結果。”
尤為重要的是，這份研究報告首次將破壞大腸桿菌的噬菌體的多樣性呈現了出來。在全球雖存在著一些更大的、由數百種噬菌體組成的系列，但哈姆斯認為，唯獨在巴塞爾產生的這套系列做到了以極為系統的方式對各種噬菌體進行特徵標註。
同時，該噬菌體系列也為國外想用噬菌體取代抗生素來治療細菌感染的研究人員提供了幫助。特別值得一提的是，在潰瘍和慢性傷口被細菌感染後，糖尿病患者時常要面臨截肢的風險，而在此時登場的噬菌體則會利用它擊敗細菌的能力為病患帶來治癒的希望。
歷史與今天：噬菌體與醫學的淵源
通過靜脈內給藥或通過氣霧劑的方式將噬菌體用於醫學治療的想法早在二十世紀初的幾十年裡就已成形，前蘇聯便是這方面的典型代表。而在第二次世界大戰期間，噬菌體則被用來治療罹患痢疾和其它細菌感染疾病的士兵。然而，伴隨著青黴素(於1929年被發現)等一系列抗生素類藥物的出現和傳播，至少在西方，針對噬菌體這類有益病毒的研究便逐漸被人遺忘。
另一方面，隨著抗生素耐藥性在全球的增長，諸如肺炎或是肺結核之類的感染性疾病變得更為棘手。根據2022年發表的一項研究報告，由抗菌素耐藥性導致的全球死亡人數達到了120萬以上，而該數字更是超過了艾滋病毒或是瘧疾引發的死亡人數。到2050年，死於抗生素耐藥性的人數將會攀升至每年一千萬之多。
當下，抗生素耐藥性被世界衛生組織(WHO)視為對全球衛生安全的重大威脅。與此同時，西方國家也加強了對噬菌體療法的研究。噬菌體作為醫療手段幾乎不會產生副作用，而其攜帶的風險也微乎其微。
推廣噬菌體藥劑並非易事
哈姆斯指出，儘管噬菌體時常被學界討論，但這種有益病毒的治療用途迄今為止仍未得到廣泛的傳播。這其中的原因在於以下兩點：第一，識別出導致感染的細菌種類並挑選出合適的噬菌體來消滅這種細菌的過程不僅複雜，而且成本高昂；第二，噬菌體不僅有可能受制於來自人體的免疫反應，也有可能像抗生素那樣在反覆給藥之後產生出抗藥性。
此外，和性質明確且穩定、具有可複製性的抗生素相比，噬菌體的性質更為複雜並存在變異的可能。正是由於這種特性，噬菌體很難被授權成為正式的醫療手段。對此，瑞士藥品監督管理局(Swissmedic)的發言人盧卡斯·亞奇(Lukas Jaggi)作出了解釋：“想要將噬菌體用於治療目的，此類藥劑就必須達到和其它所有藥品一樣的合格門檻。”
截至目前，雖尚未有噬菌體藥劑在瑞士獲得官方批准，但也有例外的情況存在。亞奇指出，在2015年展開的一項臨床研究過程中，一些瑞士醫生通過使用從其它國家引進的噬菌體藥劑來對部分感染個例進行了治療。
巴塞爾研究引發的國際影響
作為微生物學家，亞歷山大·哈姆斯期待著他在巴塞爾的研究成果能進一步推進關於高效療法的研究，且並不局限於人類領域。對此，他信心十足地表示：“在面對毀壞種植園的細菌時，噬菌體同樣能發揮出強大的對抗作用。”以破壞性極強的葉緣焦枯病菌為例，要對付這種導致意大利普利亞大區眾多植物死亡的細菌，在受其感染的橄欖園中噴灑噬菌體藥劑不失為一個絕佳方案；同樣的方法也適用於瑞士被梨火疫病菌荼毒的蘋果和梨種植園。
截至今日，全球已有超過40家實驗室從瑞士索取了巴塞爾噬菌體系列。但由於相關的研究報告尚未公諸於世，哈姆斯並不知道這些機構是否成功挽救了一些病人或是植物的性命。不可否認的卻是，在缺乏大量資金支持的背景下，從巴塞爾萊茵河流域採集而來的噬菌體如今已被應用到了千里之外的澳洲或是美國等國的研究項目之中。對於這位微生物學家來說，這無疑是一場鼓舞人心的體驗。
最後，哈姆斯表達了自己的心聲：“我很樂意和世界上所有對噬菌體感興趣的人分享我們的研究成果。這也正是科學的意義所在。”
(譯自意大利語：Jun Aikens，編輯：Sabrina Weiss)
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