近日，我院李錦铨教授課題組在國際學術期刊Journal of Controlled Release在線發表題為“Encapsulation and delivery of phage as a novel method for gut flora manipulation in situ: A review”的綜述論文。該篇論文提出将噬菌體作為“腸道菌群編輯器”的新思路，介紹了噬菌體遞送調控腸道菌群的作用機制，讨論了影響噬菌體遞送的重要因素和挑戰，總結了各類噬菌體包埋遞送載體的制備方法、結構特點及當前的研究進展，為腸道菌群編輯和疾病幹預提供了重要的理論參考。
圖1 噬菌體包埋遞送編輯腸道菌群示意圖
腸道菌群作為人體的“第八大器官”，對機體的營養代謝、抵禦病原體入侵、維持腸道屏障、免疫調節等多種生理功能發揮着重要的作用。以往的諸多研究已經證實，腸道菌群失調與多種疾病的發生發展密切相關，例如炎症性腸病、結直腸癌、肥胖、抑郁症、酒精性肝炎等。因此，通過調控腸道菌群幹預疾病成為當前的一個研究熱點。噬菌體是一種以細菌為宿主的病毒，其主要由衣殼蛋白和核酸組成，具有高度的宿主特異性。作為細菌的天然“捕食者”，噬菌體來源十分廣泛，存在于各種環境中（例如土壤、湖泊等）。烈性噬菌體能夠通過裂解周期直接消滅宿主菌，而溫和噬菌體能夠通過溶原周期将自身基因整合至宿主染色體上（圖2），這為調控細菌特定基因提供了可行方案。因此，噬菌體極具潛力用于腸道菌群的精準編輯，進而幹預和治療與菌群紊亂的相關疾病。
圖2 噬菌體的裂解周期（藍色箭頭）和溶原周期（橙色箭頭）
然而，作為一種“活體抗菌劑”，噬菌體的衣殼蛋白和核酸在胃腸道的苛刻條件下極易發生變性和降解，進而造成其感染能力和生物學功能的喪失。近年來，随着材料科學的進步，不同的載體已經被制備用于包埋和遞送噬菌體，以提高噬菌體在結腸遞送過程中的穩定性。這些載體包括：電紡纖維、乳液、脂質體、水凝膠和固體顆粒（圖3）。通過合适的包埋載體，噬菌體能夠在胃腸道轉運過程中最大限度保留其活力、精準定量，并實現結腸的靶向釋放，在不幹擾腸道共生菌和益生菌的前提下裂解病原微生物或調控細菌的特定基因，促進腸道穩态的恢複，進而幹預和治療相關疾病。在本綜述中，作者詳細論述了各類噬菌體包埋遞送載體的制備方法，結構特點以及存在的不足。同時，系統讨論和總結了近年來噬菌體包埋遞送的研究現狀。最後，該綜述還對噬菌體包埋遞送領域現存的一些問題提出了相應的解決方案，并對噬菌體遞送和腸道菌群編輯未來可能的研究方向進行了展望。
圖3 不同的噬菌體包埋載體及其制備過程示意圖
論文鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365922008021；該項工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、77779193永利官网-中國農業科學院深圳農業基因組研究所合作基金、農業農村部農業科研傑出人才培養計劃、湖北省技術創新專項等項目的資助。
作者信息：
第一作者：楊宇帆，77779193永利官网食品科技學院2021級博士研究生，研究方向為食源性病原菌感染防控。
附：通訊作者簡介
李錦铨，77779193永利官网教授，博士生導師。入選農業科研傑出人才培養計劃和省人才計劃。主持或參與國家自然科學基金、湖北省技術創新專項（中美合作）、國家重點研發計劃等10餘項。長期緻力于人獸共患食源性病原菌的分子緻病機制和噬菌體新型防控技術研究，研究成果曾被《Nature》選為研究亮點并專題報道。系統構建危害我國動物健康與動物性食品安全的重要病原菌資源庫，率先提出了單核苷酸變異引發病原菌緻病風險激變的理論基礎，突破基于基因組大數據的新靶标高通量篩選技術，發掘人獸共患的高風險菌株的特異性檢測靶點并建立檢測方法。針對人獸共患病病原菌建立噬菌體庫和裂解酶庫，為實現我國噬菌體産業自主生産積累資源和建立生産線，相關技術可應用于替代飼料、養殖和食品加工過程所需的抗菌物質，促進動物健康與動物性食品安全。曾在中國食品學報、食品科學、EMBO Molecular Medicine、PloS Pathogens、The Journal of Infectious Diseases、Food control、International Journal of Food Microbiology發表論文40餘篇，授權專利10餘項。
