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噬菌體生物膜是細菌用來保護自身免受威脅的一種適應(yīng)性機制。由于生物膜保護細菌，并且是對抗生素和殺生物劑產(chǎn)生抗性的根本原因，因此這種機制已成為一個嚴重的問題。據(jù)估計，如果不控制抗生素耐藥性，每年至少有5萬以上賽鴿死亡。
噬菌體是細菌的天敵，有其獨特的殺菌機制。細菌不斷演化和適應(yīng)來自噬菌體的威脅，噬菌體也在不斷進化和調(diào)整以應(yīng)對細菌。
噬菌體與生物膜
實驗中，生物膜能夠?qū)⒖股鼗钚砸种聘哌_100倍，降低細菌對抗生素的實際敏感性，從而在臨床抗生素治療中產(chǎn)生細菌（通過生物膜）耐受抗生素的現(xiàn)象。最近的研究已經(jīng)使科學家能夠追蹤細菌抗藥性和細菌生物膜的形成歷史，可追溯到350至5億年前。但是，青霉素應(yīng)用以來對抗生素的濫用使細菌必須調(diào)整和加速生物膜的形成，導(dǎo)致每年面臨抗生素耐藥導(dǎo)致的賽鴿羽數(shù)將超過由腺病毒的死忘數(shù)之和。
1、生物膜的結(jié)構(gòu)和形成
生物膜結(jié)構(gòu)由細菌細胞外基質(zhì)組成，主要成分是細胞外聚合物（EPS）。EPS包含多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA和其他生物大分子。生物膜的大小、形狀和組成可對應(yīng)環(huán)境條件而變化，從而保障細菌的生存和代謝活性。
當今先進的成像技術(shù)表明，生物膜具有水通道及用于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物交換的小孔。外基質(zhì)對細菌在不利環(huán)境中的生存至關(guān)重要，因為它可以作為抵抗天敵和宿主免疫攻擊的保護性屏障。
生物膜的主要內(nèi)容物是水（90％-97％）、聚集的細胞和持續(xù)性細胞（persistent cells）。持續(xù)性細胞或生長緩慢的細胞對抗生素耐受，有助于生物膜的生長或再生。生物膜內(nèi)細菌的緊密接觸有利于基因水平轉(zhuǎn)移，從而允許遺傳抗性的傳遞。生物膜復(fù)合物整體上起著一個社區(qū)的作用，其中的賽鴿群體感應(yīng)分子的化學信號進行交流�；驕y序已發(fā)現(xiàn)了一個名叫環(huán)鳥苷單磷酸酯（cGMP）的第二信使分子，負責生物膜的形成。
2、噬菌體與生物膜
噬菌體的使命是控制環(huán)境中細菌的數(shù)量。因此，噬菌體具有進化并適應(yīng)細菌對抗機制的能力。細菌對抗噬菌體的主要防御措施有2種：一是改變噬菌體受體以阻止其進入，二是通過CRISPR及其相關(guān)的Cas 9蛋白來增強對噬菌體的免疫力。細菌和噬菌體的拮抗進化使它們的互作方式不斷發(fā)展。噬菌體可以通過多種方式穿過生物膜并達到其靶標。
增殖（Amplification）
少部分噬菌體通過裂解性感染殺死細菌并大量增殖；而大多數(shù)噬菌體與宿主細菌達到一個平衡狀態(tài)，即細菌數(shù)量超標觸發(fā)噬菌體殺菌從而降低細菌數(shù)量。這種方式可稱為“主動滲透”，噬菌體通過裂解作用在生物膜內(nèi)擴散并減少了細菌數(shù)量。
降解生物膜（EPS degradation）
噬菌體可以使用3種酶來影響和破壞生物膜：水解生物膜中細胞外聚合物（EPS）的酶，破壞細菌細胞膜的酶和破壞細菌細胞壁的酶。EPS水解酶會瓦解生物膜，使噬菌體進入其中殺死包裹在內(nèi)的細菌。
解聚酶（Depolymerizing enzymes）
一些噬菌體具有誘導(dǎo)解聚酶表達的能力。尚不清楚該酶的誘導(dǎo)是由細菌中的噬菌體引起還是由細菌自身的生存逃逸反應(yīng)引起。相關(guān)的應(yīng)答基因尚未找到。
攻擊持續(xù)性細胞（Attacking persistent cells）
與抗生素不同，噬菌體可以攻擊和感染持久性細胞，就像靶向正常細菌一樣。分析表明，持久性細菌一旦從緩慢的生長被激活為正常的生長速度，它們就會成為噬菌體的靶標，而正常生長速度是它們在形成生物膜或再生生物膜時所使用的狀態(tài)。
3、針對生物膜的噬菌體療法
目前，由于天然噬菌體不斷變化和進化的特性，不太適合為其申請專利。噬菌體是最豐富的生命形式，在地球生物圈中大約存在10^31種，迄今估計成千上萬已經(jīng)測序。
基因改造噬菌體（Genetically modified phages）
噬菌體的生物技術(shù)應(yīng)用包括通過使用單鏈DNA的絲狀非裂解性噬菌體對噬菌體進行基因修飾，以提高噬菌體的殺菌活性。
“抗生酶”（Enzybiotics）
“抗生酶”是噬菌體編碼的溶菌酶，含有穿孔和賴氨酸基因，能作為生物防治劑。
4、噬菌體聯(lián)合治療
噬菌體與抗生素聯(lián)合效應(yīng)被認為在未來的治療中具有巨大潛力。另一種治療組合，使用多糖裂解酶和DNA水解酶破壞生物膜基質(zhì)，從而與噬菌體聯(lián)合治療。在兔耳感染模型中，使用噬菌體物理清潔傷口被證實是有效的。另一項研究發(fā)現(xiàn)噬菌體在生物膜被破壞組的殺菌效果顯著優(yōu)于生物膜完好組，提出在噬菌體治療前先破壞生物膜。
5、噬菌體用于生物防治
噬菌體具有控制細菌種群的機制。在急性感染的情況下，相較于多次給藥，低劑量的噬菌體產(chǎn)生更積極的結(jié)果，這將是應(yīng)對慢性感染的有效方法。而且，噬菌體不僅起到抗菌劑的作用，對整個系統(tǒng)具有免疫調(diào)節(jié)作用
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