NatureBiotechnology：噬菌體治療方法的微生態機制

　　近些年，集約化農業發展中的不合理措施，如化肥農藥的持續過量投入以及經濟作物的單一連作等，導致土壤微生物群落結構嚴重失衡，生態功能急劇削弱。土壤養分周轉不暢、污染難以消解、土傳病害頻發就是土壤微生態失衡重要證據，這些也是農業資源與環境領域亟待解決的難題。

　　來自南京農業大學資源與環境科學學院沈其榮教授帶領的土壤微生物與有機肥團隊微生態與根際健康實驗室近期發比例題為“Phage combination therapies for bacterial wilt disease in tomato”的文章，揭示了噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準靶向”病原菌，降低其生存競爭能力；同時還能夠重新調整根際土壤菌群的結構，恢復群落多樣性，增加群落中拮抗有益菌的豐度。

　　這一研究發現公布在12月2日Nature Biotechnology雜志上，文章通訊作者為沈其榮教授、韋中博士以及農業資源與環境學科生物學研究創新引智（111）基地專家英國約克大學Ville-Petri Friman博士。一作為王孝芳博士和韋中博士。

　　微生態與根際健康實驗室重點關注由青枯菌（Ralstoniasolanacearum）引起的土傳青枯病。青枯菌在土壤中存活時間長，能夠侵染番茄、茄子、辣椒、煙草、生姜、花生等400多種植物，常導致作物減產，甚至絕收。傳統化學農藥和熏蒸等方法短期內見效快，但病原菌容易形成耐藥性；再加上農藥和熏蒸劑靶向性不強，在殺滅病原菌的同時也破壞了土壤正常的微生物群落，危及到土壤微生物的生態功能，很可能導致病原菌二次侵染時造成更大危害。

　　在Friman博士的啟發下，韋中博士等人把目光聚焦到“噬菌體”這一特殊土壤微生物上。噬菌體是一類專性侵染細菌的病毒，在環境中普遍存在，其數量級可達109/g土。噬菌體對宿主細菌具有高度侵染特異性，可以實現對特定病原菌的精準裂解，并且能夠動態壓制病原菌數量。目前，國內外不少學者在醫學、養殖、果蔬保鮮、農業病害防控等領域做了不少嘗試。土壤環境復雜，噬菌體療法在土傳細菌性病害防控中的效果還不穩定。最重要是的，噬菌體在土壤中抑制土傳病原菌的作用機制還沒有闡明清楚。

　　研究發現，噬菌體組合處理根際病原青枯菌數量顯著降低，并且組合多樣性越高，病原菌成功突變抵御噬菌體的概率越低。即便有一些青枯菌成功突變、殘存了下來，但它們的生長顯著減緩，這說明它們與土壤中其它微生物競爭的能力減弱，再次侵染作物根系的能力會下降。因此，噬菌體組合獵殺并致弱病原菌是其在根際發揮作用的一個重要機制。

　　當大量病原青枯菌被獵殺時，宿主相關微生物群落發生了什么變化呢？這種變化對宿主健康有利嗎？這是噬菌體療法領域必須回答的問題，既涉及到生態風險，也涉及到作用機制。

　　細菌群落為什么發生了這么大的改變，是不是噬菌體也能侵染土壤中其它細菌？答案是否定的，從土壤中分離了400株細菌，青枯菌噬菌體都不能侵染，這說明了噬菌體的侵染特異性很強。那么，是不是因為噬菌體大量獵殺病原青枯菌，釋放出大量空間和資源，其他微生物又占據這些空間和資源，這樣土壤微生物群落結構就發生了變化呢？王孝芳博士表示：單獨接種噬菌體對土壤微生物群落擾動很小，但是接種病原青枯菌會導致土壤群落結構發生巨變，并且多樣性顯著下降。不過，這種影響可以被噬菌體修復，被破壞的微生物群落多樣性可以恢復提升到原有水平。

　　研究人員深入分析發現并不是所有的土壤微生物都有機會重新獲得被噬菌體釋放出的空間和資源，細菌群落中那些競爭能力強（如產抑菌物質能力強）的一類物種似乎在群落結構調整中獲得了優勢，它們的豐度顯著增加，可能進一步提高了群落的抑病能力。這些競爭能力強的微生物群體可能與噬菌體一起共同抵御病原菌的再次入侵，有效維持了作物的健康。

　　這一發現表明噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準靶向”病原菌，降低其生存競爭能力；同時還能夠重新調整根際土壤菌群的結構，恢復群落多樣性，增加群落中拮抗有益菌的豐度。這就相當于，不僅找到了精確獵殺病原菌的“狙擊手”，同時還觸發了根際防御體系，讓打垮的根際菌群又組建了一支“防御軍團”！這將為應用推廣噬菌體療法作為精準靶控、生態安全的土傳病害防治措施提供重要的理論依據。