突破，南京农业大学韦中博及沈其荣等人首次用噬菌体治疗番茄细菌性枯萎病

来源：iNature

已经提出了噬菌体作为杀虫剂来替代农作物的细菌病原体。 但是，噬菌体生物防治的功效是可变的，并且在自然的根际微生物群落中知之甚少。

2019年12月2日，南京农业大学Ville-Petri Friman，韦中博及沈其荣共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“Phage combination therapies for bacterial wilt disease in tomato”的研究论文，该研究研究人员报告实验以确定在番茄植物根际上的噬菌体治疗对致病性细菌茄青枯病的影响。通过温室和田间实验评估了在复杂的根际微生物组中使用噬菌体靶向病原体的情况，研究了噬菌体抗性的进化是否会通过权衡取舍而影响病原体的竞争力和生长，并研究了噬菌体是否间接改变了其组成，多样性和功能。

具体而言，在单个作物季节中，在温室和田间试验中，增加组合噬菌体的数量可使疾病发生率降低多达80％。 疾病发生率降低的原因是病原体密度降低，选择了噬菌体抗药性但生长缓慢的病原体菌株，以及对青枯菌拮抗的细菌种类的富集。 噬菌体处理不影响现有的根际微生物群。 特定的噬菌体组合具有作为控制植物病原细菌的精密工具的潜力。

据估计，每年全球约10–20％的粮食生产因植物病害而丧失。因此，迫切需要更好的方法来控制植物病原体，以维持和提高作物产量并确保未来的粮食安全。已经提出了使用细菌接种剂来修饰植物根际微生物群组成的生物防治技术，以替代农药来消除病原体。但是，细菌接种剂通常是无效的，这是由于根际中的根基不良，与天然微生物菌群争夺资源以及对天然微生物菌群的干扰。

使用对植物致病细菌具有特异性的病毒进行的噬菌体疗法可以提供一种更有效的方法来控制根际微生物群，从而保护植物免受疾病侵害。与细菌接种剂相比，噬菌体的主要优点是它们的宿主特异性以及在存在其他微生物的情况下只要存在宿主细菌即可快速繁殖。噬菌体可以用作靶向病原体的精密工具，而不会影响周围的微生物群。但是，缺乏在农业上相关的天然根际微生物群中抗噬菌体的噬菌体功效的实验证据。

噬菌体组合和疾病发生率

噬菌体可以通过生态和进化机制控制病原体。主要的生态机制是病原体密度的调节。噬菌体减少病原体的丰度可以限制感染的可能性，细菌毒力基因或可塑性噬菌体防御系统的表达，一旦达到一定的病原体种群密度阈值，它们就会启动。主要的进化机制是噬菌体抗性和其他重要的病原体生活史特征之间的适应性权衡。虽然已经在生物控制实验失败的背景下考虑了噬菌体抗性的演变，但很少有人认为它是通过权衡来削弱病原体的工具。例如，由于编码噬菌体受体的基因对于其他功能（例如营养获取，运动性，抗微生物性和植物定植）也很重要，因此噬菌体抗性通常要与毒力进行权衡。

对噬菌体的抗性进化

对于植物致病性青枯雷尔氏菌细菌，已经进行了特别的权衡研究，该病原体是青枯病的病原体，能够在全球范围内感染多种重要的农作物。对于青枯菌，这些折衷可以由表达不同毒力因子和控制代谢和毒力途径及网络的调节基因的高成本驱动。尽管先前的研究表明噬菌体抗性的进化与茄形青枯菌的生长和毒力有关，但很少有明确的证据表明噬菌体可以用作通过权衡取舍来削弱病原体的进化工具。

噬菌体介导的病原体密度降低或进化折衷可能间接影响其他根际微生物群的多样性和功能。例如，噬菌体降低相对病原体密度可能会增加天然微生物群的生态位空间和营养，这可能导致根际微生物组组成和多样性发生变化。这可能对植物健康有有益的辅助作用，因为微生物组多样性的增加通常与病原体负荷的减少和疾病的发生有关。此外，减弱病原体养分吸收或分解代谢的进化折衷预计会加剧任何病原体与天然菌群的资源竞争，这可能导致病原体丰度进一步降低。

噬菌体介导的细菌枯萎病作用的潜在机制

在这里，研究人员报告实验以确定在番茄植物根际上的噬菌体治疗对致病性细菌茄青枯病的影响。研究人员通过温室和田间实验评估了在复杂的根际微生物组中使用噬菌体靶向病原体的情况，研究了噬菌体抗性的进化是否会通过权衡取舍而影响病原体的竞争力和生长，并研究了噬菌体是否间接改变了其组成，多样性和功能。

具体而言， 在单个作物季节中，在温室和田间试验中，增加组合噬菌体的数量可使疾病发生率降低多达80％。 疾病发生率降低的原因是病原体密度降低，选择了噬菌体抗药性但生长缓慢的病原体菌株，以及对青枯菌拮抗的细菌种类的富集。 噬菌体处理不影响现有的根际微生物群。 特定的噬菌体组合具有作为控制植物病原细菌的精密工具的潜力。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0328-3