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每天杀死40%海洋细菌,噬菌体是怎么做到的?能为人类所用吗?

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在我们生活中地球之上,数量和种类最多的生物不是某种动物或某种植物,而是细菌。

地球上有多少细菌?没有人数过,也没有办法数,但科学家们估算地球上的细菌总量大概在10的30次方个以上,如果这个用科学计数法表示的数字无法引起你的注意,那我们也可以换个说法,把地球上所有的细菌放在一起,它们的重量大概可以达到800亿吨。这是什么概念?这意味着细菌的总重量比人类的总重量还要大得多。那么这么多的细菌,平时都隐藏在哪里呢?它们可谓无处不在。



它们在陆地上、在海洋里,在火山口,在冰层之下,甚至潜藏在我们的身体里,就在此时此刻,你手机屏幕上的细菌也要比这篇文章的文字多得多。

细菌数量为何如此惊人呢?因为它们的繁殖能力强,以我们熟悉的大肠杆菌为例,它大概每20分钟左右就可以分裂一次,如果没有在外环境制约,一天就能诞生不计其数的后代。不过我们也无需担忧细菌会称霸地球,因为在自然界有着可以猎杀它们的物种,我们称之为噬菌体。



噬菌体是一种病毒,长相颇为科幻。

它们不会像其他病毒那样对人体细胞造成伤害,而是专门感染细菌。自然界中噬菌体的数量比细菌还要多,大概可以达到10的31次方量级。这么多的噬菌体,每天能杀死多少细菌呢?每一秒钟,大概就有10的23次方次噬菌体猎杀细菌的事件正在发生,全球海洋中每天都有20%至40%的细菌被噬菌体消灭。所幸细菌的繁殖速度很快,在噬菌体的疯狂猎杀下刚好能够维持数量平衡。



噬菌体究竟是如何杀灭细菌的呢?

噬菌体看起来都一样,但其实种类极多,在噬菌体的下部长有一种特殊的蛋白质结构,名为“尾丝”,尾丝可以精准识别细菌表面的受体蛋白,一旦发现与自己相匹配,噬菌体就会将自己的遗传物质注入到细菌体内。噬菌体DNA进去细菌之后会全面接管细菌的控制权,此后细菌将开足马力生产组装噬菌体的各种零部件,整个细菌也就成为了噬菌体的生产工厂。大概20到30分钟之后,新生的噬菌体将会填满细菌,于是它们一同发力便撑破细胞膜一涌而出。



随着一个细菌的消亡,数百个噬菌体诞生,之后它们又会去寻找新的目标。

噬菌体杀菌能力这么强,能为人类所用吗?其实人类早在20世纪初便开始利用噬菌体治疗疾病,只是后来抗生素出现了,噬菌体才被逐渐遗忘。为什么呢?因为抗生素具有广谱性,易于标准化量产,大量不同种类的细菌感染都可以服用同一种抗生素。但噬菌体不行,一种噬菌体只能感染一种或几种亲缘关系很近的细菌。所以要使用噬菌体治病,首先就得准确识别出患者感染的是哪种细菌,再使用相应的噬菌体进行治疗。



现在,情况有了变化。

因为抗生素的广谱性导致了一系列具有抗药性的细菌出现,于是噬菌体又有了用武之地。2016年,加州大学圣迭戈分校的精神病学教授汤姆·帕特森在埃及旅行时,感染了耐药的鲍曼不动杆菌,在所有抗生素都失效的情况下,他的妻子联系了全球多个实验室,最终找到了一种能够精准感染这一菌株的噬菌体,将人救了回来。现在全球每年有127万人直接死于耐药菌感染,在此背景下,噬菌体疗法重新获得重视,世界很多国家都在着力推动相关研究。

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