噬菌体是攻击细菌的微小病毒。在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学医学院的研究人员有史以来第一次发现噬菌体是启动细菌快速进化从而导致耐药性“超级细菌”出现的关键。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science Advances期刊上，论文标题为“Rampant prophage movement among transient competitors drives rapid adaptation during infection”。研究者发现，与进化微生物学领域的主流理论相反，细菌菌落的适应和多样化过程并不是从一个同质的克隆群体开始的。他们吃惊地发现，大部分早期适应的原因并不是随机的点突变。相反，他们发现噬菌体是让获胜菌株在早期获得进化优势的原因。论文通讯作者匹兹堡大学微生物学与分子遗传学教授Vaughn Cooper博士说：“从本质上讲，寄生成为一种武器。噬菌体为获胜菌株提供了获胜的手段。噬菌体杀死更敏感的细菌菌株，给其细菌菌株带来生存优势。”当涉及到细菌时，观察者可以在几天的时间里跟踪细菌的进化。由于细菌的生长速度很快，只需几天时间，细菌菌株就能获得新的性状或对抗菌药物产生耐药性。
从猪烧伤创面分离的PAO1 RSCV具有高生物膜表型，图片来自Science Advances, 2021, doi:10.1126/sciadv.abh1489。
研究者将细菌感染在临床上的表现方式比作一部从中间开始播放的电影，晚到的电影观众需要根据后面的情节来推测前面发生的事情并努力在大脑中重建整个电影，医生们被迫根据患者到医院就诊时的静态快照做出治疗决定，就像在电影院一样，没有办法倒退电影，检查他们对情节猜测是对还是错，同样也无法检查医生对感染来源的推断是否正确。这项新的研究表明，细菌和噬菌体的进化往往是携手并进的，尤其是在细菌感染的早期阶段。这是一个多层次的过程：噬菌体和细菌一起加入一个混乱的舞蹈，不断地相互作用和共同进化。当这些作者在猪的皮肤伤口感染中追踪六种细菌菌株的基因序列变化时，他们发现噬菌体从一个细菌宿主跳到另一个细菌宿主的现象非常严重---即使是没有获得进化优势的克隆，其基因组中也整入了噬菌体。大多数克隆菌株的遗传物质中整入了一个以上的噬菌体---往往一个细菌菌株里有两个、三个甚至四个噬菌体。Cooper说，“这项研究向我们展示了噬菌体彼此之间以及与新宿主之间的互动程度。描述早期细菌感染的多样性可以让我们重建历史，并追溯复杂的进化路径，从而用于指导临床，人们对使用噬菌体来治疗高度耐药性细菌感染的兴趣日益浓厚。”
参考资料：
Christopher W. Marshall et al. Rampant prophage movement among transient competitors drives rapid adaptation during infection. Science Advances, 2021, doi:10.1126/sciadv.abh1489.
