噬菌体在医院环境消毒灭菌中应用的研究进展

陈宗月，杨雨卉，罗 羽

中国人民解放军陆军军医大学，重庆 400038

医院感染是指病人在医院内获得的感染，包括住院期间发生的感染，或住院期间获得而出院后发生的感染；相较于其他病人，发生医院感染的病人住院时间延长，治疗费用增加，发病率和死亡率也显著升高[1-2]。据估计，在美国，每年有多达170 万例病人发生医院感染，治疗费用100 亿～330 亿美元，死亡人数多达9.9 万例；在欧洲，每年有400 万例病人发生医院感染，治疗费用超过70 亿欧元，最终约有3.7 万例死亡[3-4]。总之，医院感染会给病人带来沉重的经济负担，甚至威胁生命。因此，控制医院感染具有重要意义。医院环境表面持续的病原微生物污染是导致医院感染的重要原因之一[5]。病人和医务人员会直接或间接接触到医院环境中的门把手、隐私窗帘、床栏以及医疗设备等病原微生物持续存在的重要载体[6-9]，所以，对医院环境进行有效的消毒灭菌成为医院感染控制中至关重要的一个环节。医院环境的消毒灭菌是指利用化学消毒法、物理消毒法或生物灭菌法杀灭医院表面病原微生物，以达到减少感染发生的目的[10]。但迄今为止，医院环境消毒仍以化学消毒法为主。化学消毒法对医院环境的消毒虽然有明显的效果，却也存在一些缺点，如效果不持久、范围不全面[11-12]、缺乏特异性、敏感性降低或者产生抗性[13-16]、影响人体健康[17]等。因此，日益加重的医院感染和耐药现状亟需探索一些更加安全有效的新型消毒灭菌剂或联合灭菌方式，以更好地控制病原微生物的生长，减少医院感染的发生。噬菌体是一种能裂解细菌的病毒，广泛存在于自然界中[18]，不仅具有宿主特异性（即一种噬菌体只能杀死一种特定的细菌），而且效果持久，将其制为消毒产品与化学消毒剂联合应用到医院环境中成为更有潜力的消毒方法[19-20]。目前，噬菌体作为消毒剂的应用已经深入各个领域[21-22]，涉及食品加工业、养殖业以及民生用水等[23-26]。然而，将噬菌体应用于医院环境消毒的研究却鲜有报道。目前，已有的研究报道表明，将噬菌体作为一种消毒剂应用于医院环境不仅具有可行性和安全性，还展现出显著的效果。现对国内外相关的实验室及临床研究结果进行综述，以期为噬菌体应用于环境消毒提供更多的借鉴和参考。

1 噬菌体单独应用于医院环境消毒

Abuladze 等[27]的研究已经证明了噬菌体制剂可以显著减少无生命硬表面（如石膏板、玻璃）的大肠杆菌污染，说明噬菌体具有杀灭环境中病原微生物的能力，进一步提示了噬菌体作为一种消毒剂应用于医院环境消毒工作的可能性。为研究噬菌体杀灭医院环境中粪肠球菌的能力，Sarah 等[28]将4 种粪肠球菌的噬菌体（USUT1、USUT3、USUT4 和USUT6）应用于模拟的被粪肠球菌污染的医院环境载体（玻璃、棉织物和塑料）上，通过回收到的活菌数量来评估使用噬菌体后模拟载体的细菌负荷，进而分析噬菌体对不同表面的消杀能力。经数据分析可知，影响噬菌体对医院环境中粪肠球菌污染消毒效果的主要因素有：1）载体类型。研究结果显示，USUT1 对棉织类载体上的粪肠球菌污染消杀效果最佳。2）接触时间。当作用时间＜2 h，数据显示从载体上回收到的活菌数未减少，即接触时间＜2 h 对载体上的粪肠球菌暂无消毒效果。3）噬菌体种类。USUT1 对3 种载体上的粪肠球菌都有显著消毒效果；USUT1 和USUT6 联用时，玻璃及棉织物载体上回收到的活菌数比单用任意1 种噬菌体回收到的活菌数更少，说明两种噬菌体联用时杀菌效果更佳。但形态和基因相似的USUT3 和USUT4 联用时，只在玻璃载体上显示出不错的效果，这可能是由于二者基因和形态上的相似性限制了其作用效果。该研究表明，将噬菌体应用于医院环境表面的粪肠球菌的消毒工作是有效的，虽然效果会受到载体类型、接触时间以及噬菌体种类的影响，却也为噬菌体应用于医院环境消毒提供了支撑，指明了进一步的研究方向。

2 噬菌体联合应用于医院环境消毒

2.1 噬菌体与化学消毒剂联合应用于医院环境消毒

物体表面持续性病原微生物污染往往与生物膜的形成有关，也正是这些生物膜使得部分病原微生物不受诸如化学消毒过程这一类灭活程序的影响，进而导致消毒效果不佳[29]。研究表明，噬菌体虽可以有效降低目标细菌水平，却没有办法将其彻底消灭[30]，但噬菌体和特定的化学消毒剂在临床环境消毒灭菌工作中存在着的协同作用可以使二者联用时发挥更好的消毒效果，从某种程度上弥补了这一不足。有研究证实，一定浓度的苯扎氯铵或三氯生与噬菌体联用时，消毒效果优于单用[31]。为探讨噬菌体和化学消毒剂之间的相互作用关系，Stachler 等[32]评估了不同浓度的化学消毒剂和噬菌体联用以及两种方法不同使用顺序对以不同附着方式（点状接种、干生物膜、湿生物膜）附着在医院环境中的铜绿假单胞菌分离株的消毒能力，结果显示，针对点状接种细菌，噬菌体可以达到优于化学消毒剂的灭活效果；在干性生物膜上，噬菌体只能抑制生物膜的进一步生长却没有灭活作用；湿性生物膜上，噬菌体处理后再用化学消毒剂处理的使用顺序灭活效果最佳，且比单用上述任意一种方式展现出的效果更好。该研究为以噬菌体为基础的产品处理环境中病原微生物的消毒策略提供了可行性参考。但由于该研究是在各方面条件都理想的实验室中进行的，无法代表复杂的医院环境，所以未来还需要进一步的临床研究，以验证其在复杂多变的现实情况下的作用效果。

2.2 噬菌体与益生菌联合应用于医院环境消毒

Caselli 等[33-34]将益生菌加入洗涤剂内并应用于医院环境消毒工作中，结果发现，加入益生菌的洗涤剂可以有效杀死病原微生物，且未产生抗药性，表明含有益生菌的洗涤液可以显著降低住院期间医院感染的发生率，相较于传统的化学消毒方式不仅更为稳定，还极大减少了抗菌药物消耗相关的成本[35]。但是，基于益生菌的清洁卫生策略（PCHS）仍然存在去污速度慢、效果不持久等缺点。相比之下，将具有快速作用能力和极强特异性的噬菌体用于医院环境消毒就成为了快速持久去除病原微生物的可行性方法。于是，D'accolti等[36]将噬菌体和PCHS 制作为组合产品用于常见的医院环境硬表面（玻璃、陶瓷和塑料），并评估其对医院环境硬表面的消毒效果。将对数期的菌液接种到高压灭菌后的模拟医院环境硬表面上，分别用单噬菌体悬液和PCHS 加噬菌体悬液进行涂抹，通过收集不同时间点各个平板上尚存活菌的方法来评估细菌负荷，结果显示，噬菌体杀菌活性在PCHS 洗涤剂中不仅没有受到抑制，反而比单用时效果更好，展现出作用速度更迅速、作用时间更持久的优点。这说明噬菌体和PCHS的联合使用实现了优势互补，消毒效果更佳。

鉴于此，D'accolti 等[37]又将8 个病房的卫生间平均分为对照组和干预组，对金黄色葡萄球菌噬菌体与益生菌联合应用于医院环境的消毒效果进行了临床研究，对照组和干预组分别接受单用PCHS 和PCHS 加噬菌体的处理，结果显示，PCHS 加噬菌体的处理不仅可以使医院表面的病原微生物数量下降（与对照组相比，干预组病房表面葡萄球菌负荷最高时下降了97%），而且，在干预的第1 天细菌负荷就显著下降，显示了噬菌体快速的消毒能力。不仅如此，干预停止后的2 d 内还能保持一定的灭菌效果，又充分证明了噬菌体作用的持久性。从干预结束后的病房环境监测结果发现，噬菌体可以随着医务人员或者病人的走动而转移到病房，从而影响病房环境中的病原微生物。最终结果表明，使用噬菌体加PCHS 的卫生策略是一种有效且可持续的消毒策略，比单用益生菌的消毒效果更佳，这在体外实验和临床研究中都得到了证实。

3 噬菌体气雾剂应用于医院环境消毒

Manian 等[12,38]评估了不同的化学消毒剂在重症监护室（ICU）病房中杀死鲍曼不动杆菌的作用，虽然都展现出明显的消毒效果，但终末消毒后的检测结果显示，仍然有大量的病房表面存在鲍曼不动杆菌污染。鉴于噬菌体在处理大肠杆菌、沙门氏菌以及葡萄球菌表面污染方面展现出的有效性[39]，Chen 等[40]在2013 年提出了噬菌体对ICU 中耐多药鲍曼不动杆菌污染的处理也有效果的假设，并就噬菌体对医院ICU 中耐多药鲍曼不动杆菌传播的控制能力进行了研究，结果表明，噬菌体处理ICU 病房中的耐多药鲍曼不动杆菌污染确实有效，但其作用受到环境温度、pH 值、表面载体类型、噬菌体浓度和噬菌体使用形式等多方面因素的影响。

Ho 等[41]以我国某公立医院的ICU 环境为研究对象，对含有噬菌体的气雾剂能否抵抗耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌(carbapenem-resistant acinetobacter baumannii，CRAB)在医院传播进行了研究，研究分为干预前和干预期两个阶段。干预前病房仅用化学消毒剂进行常规消毒；干预期采用先常规消毒，再用噬菌体灭菌的方式。结果显示，相较于干预前，干预期的ICU 病房环境中CRAB 培养比例和碳青霉烯类鲍曼不动杆菌的耐药率都出现了显著下降。Ho 等[41]的团队报道了将噬菌体气雾剂应用于医院环境消毒，具有较深的意义和较高的价值，也为继续探索噬菌体应用于临床环境消毒的研究提供了借鉴。

继上述研究之后，为探讨CRAB 对噬菌体的抗性问题，Chen 等[42]在我国某医学中心的内外科ICU 进行了一次为期3 年的干预性研究。与Ho 等[41]报道的研究方法相同，使用了超声波加湿器将噬菌体原液蒸发到空气中。不同的是，此次噬菌体气雾剂的成分是由多种噬菌体组成的噬菌体鸡尾酒。Ho 等[41]的研究结果发现，单个噬菌体气雾剂消毒后期，ICU 中CRAB的感染密度呈现出逐渐上升的趋势；而Chen 等[42]的研究结果显示，ICU 病房中CRAB 的感染密度并未显示出增加的趋势，证明噬菌体鸡尾酒相较于单个噬菌体气雾剂在ICU 病房CRAB 的消毒工作中效果更佳。Chen 等[42]的研究报道了将噬菌体鸡尾酒作为一种灭菌剂应用于ICU 病房中CRAB 污染的消毒效果，对今后医院消毒工作的开展具有极强的参考意义。

Katiyar 等[43]用肺炎克雷伯噬菌体处理印度某医院的ICU 病房环境，通过对噬菌体处理前后的环境表面进行取样对比，发现噬菌体处理后病房环境中肺炎克雷伯菌分离率由处理前的9.3%下降到了3.3%，与此同时，从病人身上分离到的肺炎克雷伯菌数量也显著减少。这表明，噬菌体应用于环境消毒可以有效减少医院环境中病原微生物数量，对医院感染的控制发挥着重要作用，也是对Ho 等[41]关于“噬菌体气雾剂可以降低ICU 病房中耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌感染率”的验证和支持。

Brusina 等[44]在第三届国际预防和感染控制会议中报告了俄罗斯多个研究中心关于医院感染大流行时期使用噬菌体去除医院环境中物体表面病原微生物的相关记载，证实了噬菌体用于医院环境消毒的有效性。从大量的随机对照试验中可以确定医院环境类型以及噬菌体种类是影响噬菌体消毒效果的重要因素，其中又提到假单胞菌噬菌体和沙门氏菌噬菌体效果最佳、作用速度最快且不易发生新的感染，这再次为噬菌体应用于临床环境的消毒工作提供了事实依据。

4 小结

综上所述，噬菌体作用于物体表面，用于医院环境的消毒是可行且有效的。虽然用噬菌体处理医院环境病原微生物污染的方法尚未普及，相关的研究报道也较少，但目前已经报道的各项研究打开了噬菌体应用于医院环境消毒的新视野。当然，如果要将噬菌体广泛应用到临床消毒工作中，还需要考虑诸多的因素，包括：1）噬菌体的分离、纯化，噬菌体产品的配方及制作，噬菌体的储存条件等都具有一定的复杂性，这会成为噬菌体普遍用于医院环境消毒的限制[45-46]；2）除美国等少数国家外，大部分国家还没有针对噬菌体产品的监管机构，这会一定程度上影响噬菌体产品的规范和安全使用[47]；3）现存的噬菌体库数量多但规模小，且分属于不同科研团队，对于筛选特异性噬菌体来说有一定难度[48]；4）噬菌体应用于医院环境的消毒需要医疗、护理以及医院感染管理部门等各个单位之间的合作，如何实现更好地统筹协调也是问题所在[49]。随着相关研究的不断深入以及管理使用的规范化，相信关于噬菌体使用的有效性和安全性问题都会得到进一步解决。