终极武器噬菌体

经历了新冠疫情，大家都觉得“病毒太坏了”。但是噬菌体作为一种病毒却是“细菌克星”，是有用的“好病毒”。

4 月12 日，在国际期刊《细胞宿主与微生物》上发表的一项最新研究成果称，科学家首次对人体肠道共生细菌的噬菌体进行了大规模分离培养，建立了包含200 多个噬菌体的人体肠道噬菌体资源库。

噬菌体到底有什么奇特的功能？科学家为什么要专门为它建立资源库？

《光明少年》：噬菌体在人体肠道中起着怎样的作用？

张浩：噬菌体是一种专门寄生和杀死细菌的病毒。只要有细菌的地方，基本上都会有噬菌体。细菌和病毒是两种完全不同的生物。细菌有完整的细胞结构，能在环境中独立生存；病毒通常是一层蛋白质外壳包裹着里面的遗传物质（DNA或RNA）。

人体中肠道的细菌数量最多、种类最丰富，共生的噬菌体也很多。据估计，那里有一百万亿个噬菌体。如果去沙漠玩，你目之所及的所有沙子，数量都没你肠道里噬菌体的零头多。

人体肠道噬菌体最大的作用是控制肠道菌群。一个健康成年人的肠道里大概有十万亿个细菌，它们快速、大量繁殖，几十分钟数量就能翻一番，如果不是有一股力量在压制，人的肠道早就被撑爆了。限制肠道菌群的力量并不神秘——营养物质的限制、细菌之间的竞争以及噬菌体的杀戮。

噬菌体和肠道细菌就像狼和兔子的关系：狼吃兔子，兔子多，狼的数量也跟着增多，但是狼吃掉更多兔子，兔子数量减少，狼也因食物不足数量下降。

《光明少年》： 噬菌体长什么样子？有什么特点？

张浩：典型的噬菌体结构分为头部、尾部和长长的尾丝，这种噬菌体被称为“T型噬菌体”。还有的噬菌体没有长长的尾丝，或者没有尾部，或者只有长长的尾丝。它们没有完全统一的形态。

噬菌体非常小，只有几十纳米大。可以粗略地认为，一根头发丝的横截面上可以排列50 个细菌，一个细菌的横截面上可以排列50个噬菌体，几千个噬菌体差不多就和头发丝一样粗。

虽然个头小，甚至不能独立生存，但噬菌体感染和杀死细菌的能力可谓是“独步天下”。遇到细菌，噬菌体会在细菌表面打洞，把自己的遗传物质悄无声息地注射进细菌体内，之后，它会运用“烈性”和“温和”两种不同路线的“绝世武功”。

烈性噬菌体主打“杀伐果断”——从内部把细菌裂开，释放出成百上千新的噬菌体，再去感染更多细菌，如此往复。

温和噬菌体主打“顺风划船不用桨，人生赢家全靠躺”——悄悄躺在细菌的基因组中，细菌生长繁殖，它们也跟着繁殖。它们把子子孙孙一个个打包好，从细菌的细胞膜放出去。等到细菌“油尽灯枯”失去利用价值，它们改换嘴脸走“烈性路线”，一把裂开细菌，把子代病毒全放出去。

总之，不管是烈性路线还是温和路线，噬菌体的最终目标都是让自己的后代繁殖更多、生存压力更小。

《 光明少年》： 噬菌体怎么对付耐药细菌？

张浩：耐药细菌就是抗菌药物杀不死的细菌。想象一下，有人感染了细菌，本来吃几片抗生素就能杀死细菌，但是细菌出现了耐药性，繁殖得越来越多，抗生素起不到应有的作用。

噬菌体为什么被认为是对抗耐药细菌的终极武器呢？主要有两个原因。

1.噬菌体是活的。抗生素是不会变的化学物质，但噬菌体是活的病毒啊！基因突变可以让细菌对抗生素产生耐药性，躲避噬菌体的追杀，但噬菌体也会基因突变，能继续感染细菌。所以，二者因突变和生存压力你追我赶，这就是生物进化的魅力。

2.噬菌体很专一。通常来说，一种噬菌体只感染和杀死一种或者几种细菌。如果身体出现了某种耐药细菌，就可以使用专门针对这种耐药细菌的噬菌体，只杀致病菌，对人体细胞和其他细菌没有任何影响。

因此，医生将噬菌体施用到有细菌感染的患处，大量噬菌体一拥而上，将想要杀死的细菌赶尽杀绝。这种用噬菌体治疗的方法被称作“噬菌体疗法”。

《 光明少年》： 为什么要建立人体肠道噬菌体资源库？

张浩：肠道里的噬菌体有数百万亿，而目前已明确分离得到的只有200余种。面对数量如此庞大的未知噬菌体，科学家也充满好奇。知识无穷无尽，对于科学研究，探索未知是一种本能。

还有，如果发生细菌感染时，医生手头没有针对性的噬菌体，等科学家去自然界找到它，时间太漫长了。因此，需要构建种类非常丰富的“噬菌体资源库”，就像琳琅满目的武器库，不管什么种类的细菌感染，都能找到对应的噬菌体，拿出来马上就能用。

肠道噬菌体怎么分离呢？我们用中科院深圳先进技术研究院马迎飞研究员的一项最新研究举例，这项研究对人体肠道共生细菌的噬菌体进行了大规模分离培养。

首先，科学家从深圳的几个污水处理厂收集了下水道污水样本，以及20 名人类粪便混合物样本。然后，把样本过滤，得到大量噬菌体的“混合液”。之后，把“混合液”滴入提前准备好的培养了411 种肠道细菌的培养皿中（每一个培养皿中只有一种细菌）。如果恰好有某种噬菌体能在这种细菌上生长，就会观察到一小圈一小圈被杀死的细菌。

实际上，现实的操作要复杂得多，也枯燥得多，还会有各种特殊情况：样品做完这份还有下一份、好不容易长出来抑菌圈却发现是实验污染、终于分离出来噬菌体却是和之前一样的噬菌体……好在科学家们坚持了下来，最终分离出了200 多种噬菌体，并且知道了这些噬菌体分别感染人体肠道中的哪些细菌。

费了这么大力气只得到200 多种噬菌体，是不是感觉离厘清肠道所有噬菌体还差着十万八千里？所以说科学是无止境的，有太多的未知等待我们去探索。