莱茵河噬菌体：超级细菌的天敌
具有抗生素耐药性的细菌是对人类健康的最大威胁之一。而在瑞士境内被分离出的一套独特的噬菌体系列则正在世界范围内帮助研究人员们开发新型对抗不可治愈性感染的治疗手段。
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考虑到刚刚结束的新冠疫情，目前讨论有益病毒这个话题显得有些不合时宜。然而，并非所有的病毒都会对我们的健康产生危害。在微生物学家亚历山大·哈姆斯(Alexander Harms)看来，被称为噬菌体的一类病毒可通过感染细菌发挥出强大的作用并挽救人们的生命。可惜的是，对于这类病毒我们目前仍知之甚少。对此，哈姆斯直白地表示：“在科学层面上，研究噬菌体的难度不亚于探索月球不为人知的那一面。”
2019年，来自德国的哈姆斯联合了一群高中生开始在噬菌体这个未知领域里展开了研究。在瑞士巴塞尔的一个暑期课程期间，他们从自然界中采集到了一些噬菌体的样本并对其特征进行了标注。这些噬菌体病毒不仅在当下被世界各地研究机构视为重要参考，将来更有望在治疗细菌感染方面发挥积极的作用。
细菌杀手
和所有病毒一样，噬菌体无法进行自我复制，而是通过利用被它们感染的细菌的代谢系统得以生存。在完成复制后，噬菌体通过细胞裂解的方式(亦即对细胞膜的破坏)来激发宿主的死亡。
噬菌体是地球上数量最多且分布最广的生物体之一。不论是在森林陆地，还是在海洋表面，它们不计其数地存在于地球上所有的生态系统之中。而在生态及碳循环方面，这些微生物也扮演着举足轻重的角色。譬如，由于突出的裂解活性，噬菌体为海洋细菌所携带的营养物质的扩散提供了极大的帮助。
对此，亚历山大·哈姆斯予以肯定道：“在某种程度上，噬菌体是我们这个星球的驱动力之一。”截至去年，这位微生物学家尚任职于巴塞尔大学的生物研究中心：一家专门研究分子和基础生物医学的机构。现今，他则在苏黎世联邦理工学院的食品、营养和健康研究所继续他的职业生涯。
噬菌体不仅存在于自然界中，同时也存在于我们的身体之中。它们并不会攻击人类的细胞，但会对人体内细菌种群的组成产生影响。然而，针对噬菌体对人体肠道菌群的影响所进行的研究目前仍十分匮乏。
>> 以下的动画视频(英)展示了噬菌体的生命周期：
在哈姆斯看来，噬菌体之所以成为科学界高度关注的研究工具，主要原因在于这种微生物的选择性感染细菌的能力。确切地说，一个噬菌体只能识别某个特定种类的细菌，且通常只能识别该细菌种类的某些菌株。在功能方面，噬菌体不仅可以消灭包括沙门氏菌在内的污染食物的致病菌，也可用于治疗泌尿系统或呼吸系统的细菌感染。
而一类会对导致慢性感染的“沉睡细菌”发动攻击的噬菌体引发了哈姆斯的浓厚兴趣。在这种兴趣的推动下，这位科学家走进了实验室，并开始对自然界中的噬菌体展开了研究。
莱茵河中的新型噬菌体
2019年夏日期间，借着由巴塞尔大学生物研究中心开展的名为“巴塞尔夏季科学院” (Basel Summer Science Academy)的暑期课程的机会，亚历山大·哈姆斯和一群高中生一起从莱茵河中、池塘里、堆肥场中以及巴塞尔地区的污水处理厂内采集到了一些水和土壤的样本。哈姆斯回忆道：“当时，我们并不知道接下来会发生什么。”
在实验室里，哈姆斯的研究团队分离出了大量可破坏大肠杆菌的噬菌体，并对其特征作出了详细的描述。大肠杆菌是分布最广的肠道细菌之一，通常对人体无害，但在某些情况下却能引发严重的疾病。两年后，一套由70种噬菌体组成的系列作为这次研究的成果被刊登在了科学期刊PLOS Biology上。
关于这套系列的研究表明，特征相似的噬菌体种群发挥出的作用和表现出的功能基本一致，并且完全不受地理位置的影响。亚历山大·哈姆斯对此感慨道：“这确实是一个令人震撼的结果。”
尤为重要的是，这份研究报告首次将破坏大肠杆菌的噬菌体的多样性呈现了出来。在世界范围内虽存在着一些更大的、由数百种噬菌体组成的系列，但哈姆斯认为，唯独在巴塞尔产生的这套系列做到了以极为系统的方式对各种噬菌体进行特征标注。
同时，该噬菌体系列也为国外想用噬菌体取代抗生素来治疗细菌感染的研究人员提供了帮助。特别值得一提的是，在溃疡和慢性伤口被细菌感染后，糖尿病患者时常要面临截肢的风险，而在此时登场的噬菌体则会利用它击败细菌的能力为病患带来治愈的希望。
历史与今天：噬菌体与医学的渊源
通过静脉内给药或通过气雾剂的方式将噬菌体用于医学治疗的想法早在二十世纪初的几十年里就已成形，前苏联便是这方面的典型代表。而在第二次世界大战期间，噬菌体则被用来治疗罹患痢疾和其它细菌感染疾病的士兵。然而，伴随着青霉素(于1929年被发现)等一系列抗生素类药物的出现和传播，至少在西方，针对噬菌体这类有益病毒的研究便逐渐被人遗忘。
另一方面，随着抗生素耐药性在世界范围内的增长，诸如肺炎或是肺结核之类的感染性疾病变得更为棘手。根据2022年发表的一项研究报告，由抗菌素耐药性导致的全球死亡人数达到了120万以上，而该数字更是超过了艾滋病毒或是疟疾引发的死亡人数。到2050年，死于抗生素耐药性的人数将会攀升至每年一千万之多。
当下，抗生素耐药性被世界卫生组织(WHO)视为对全球卫生安全的重大威胁。与此同时，西方国家也加强了对噬菌体疗法的研究。噬菌体作为医疗手段几乎不会产生副作用，而其携带的风险也微乎其微。
推广噬菌体制剂并非易事
哈姆斯指出，尽管噬菌体时常被学界讨论，但这种有益病毒的治疗用途迄今为止仍未得到广泛的传播。这其中的原因在于以下两点：第一，识别出导致感染的细菌种类并挑选出合适的噬菌体来消灭这种细菌的过程不仅复杂，而且成本高昂；第二，噬菌体不仅有可能受制于来自人体的免疫反应，也有可能像抗生素那样在反复给药之后产生出抗药性。
此外，和性质明确且稳定、具有可复制性的抗生素相比，噬菌体的性质更为复杂并存在变异的可能。正是由于这种特性，噬菌体很难被授权成为正式的医疗手段。对此，瑞士药品监督管理局(Swissmedic)的发言人卢卡斯·亚奇(Lukas Jaggi)作出了解释：“想要将噬菌体用于治疗目的，此类制剂就必须达到和其它所有药品一样的合格门槛。”
截至目前，虽尚未有噬菌体制剂在瑞士获得官方批准，但也有例外的情况存在。亚奇指出，在2015年展开的一项临床研究过程中，一些瑞士医生通过使用从其它国家引进的噬菌体药剂来对部分感染个例进行了治疗。
巴塞尔研究引发的国际影响
作为微生物学家，亚历山大·哈姆斯期待着他在巴塞尔的研究成果能进一步推进关于高效疗法的研究，且并不局限于人类领域。对此，他信心十足地表示：“在面对毁坏种植园的细菌时，噬菌体同样能发挥出强大的对抗作用。”以破坏性极强的叶缘焦枯病菌为例，要对付这种导致意大利普利亚大区众多植物死亡的细菌，在受其感染的橄榄园中喷洒噬菌体制剂不失为一个绝佳方案；同样的方法也适用于瑞士被梨火疫病菌荼毒的苹果和梨种植园。
截至今日，全球已有超过40家实验室从瑞士索要了巴塞尔噬菌体系列。但由于相关的研究报告尚未公诸于世，哈姆斯并不知道这些机构是否成功挽救了一些病人或是植物的性命。不可否认的却是，在缺乏大量资金支持的背景下，从巴塞尔莱茵河流域采集而来的噬菌体如今已被应用到了千里之外的澳大利亚或是美国等国的研究项目之中。对于这位微生物学家来说，这无疑是一场鼓舞人心的体验。
最后，哈姆斯表达了自己的心声：“我很乐意和世界上所有对噬菌体感兴趣的人分享我们的研究成果。这也正是科学的意义所在。”
(译自意大利语：Jun Aikens，编辑：Sabrina Weiss)
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