随着抗生素在1930年代的迅速发展，噬菌体疗法——利用称为噬菌体或噬菌病毒的病毒来对抗细菌感染——在很大程度上被遗忘。然而，随着抗生素耐药性不断上升，治疗细菌感染变得愈加复杂，噬菌体疗法重新引起了医疗保健提供者和研究人员的关注。尽管重新引起了关注，但由于噬菌体的多样性和特异性，实施噬菌体疗法仍然面临挑战。
随着抗生素在1930年代的迅速发展，噬菌体疗法——利用称为噬菌体或噬菌病毒的病毒来对抗细菌感染——在很大程度上被遗忘。然而，随着抗生素耐药性不断上升，治疗细菌感染变得愈加复杂，噬菌体疗法重新引起了医疗保健提供者和研究人员的关注。尽管重新引起了关注，但由于噬菌体的多样性和特异性，实施噬菌体疗法仍然面临挑战。在这种情况下，来自巴斯德研究所、法国国家医疗健康研究所、巴黎公共医院网络（AP-HP）和巴黎城大学的科学家们创造了一种简单有效的工具，以推荐适合个体患者的理想噬菌体鸡尾酒。这是通过开发一个人工智能模型实现的，该模型能够根据目标细菌的基因组选择特定的噬菌体。该研究的发现于2024年10月31日发表在《自然微生物学》期刊上，为抗击抗生素耐药的细菌感染提供了定制化噬菌体疗法的道路。
一些细菌，如大肠杆菌，正在变得越来越耐标准抗生素，进化成所谓的“超级细菌”。为了应对构成重大公共健康威胁的耐药性问题，研究团队正在探讨噬菌体疗法的潜力。这个概念涉及使用被称为噬菌体或噬菌病毒的病毒，这些病毒专门针对并消灭影响人类的致病细菌。“噬菌体疗法是由巴斯德研究所的科学家费利克斯·德·埃雷尔在1920年代首创，但由于抗生素出现，噬菌体疗法从1930年代晚期逐渐被搁置，因为抗生素更容易且更便宜生产和施用。目前，只有东欧的一些国家，如格鲁吉亚，仍在积极使用噬菌体疗法，而在西方国家，‘广宿主范围’的噬菌体可能在对多重耐药感染患者的同情治疗中被使用。”论文的共同第一作者、路易·穆里医院（AP-HP）的重症监护医生、巴黎城大学（Inserm）的研究员巴蒂斯特·加博里厄这样解释道。“在过去的二十年中，在世界卫生组织的支持下，并启动了欧洲的临床试验，噬菌体疗法的兴趣再次增长。”
一个主要挑战在于确定哪些噬菌体能有效治疗特定感染，因为每种噬菌体只能感染某些细菌株。在自然环境中，如土壤或水，噬菌体会在找到其特定目标之前到处移动。来自巴斯德研究所、法国国家医疗健康研究所、巴黎公共医院网络（AP-HP）和巴黎城大学的研究人员力图深入探讨细菌与噬菌体的相互作用，以预测噬菌体对特定细菌株的有效性。初步步骤涉及创建一种包含403个不同大肠杆菌菌株与96个噬菌体之间相互作用的综合数据集。这个广泛的研究历时超过两年。“我们将噬菌体暴露于细菌培养物中，并监测哪些细菌被消灭。我们分析了350,000个相互作用，并成功识别出可能指示噬菌体有效性的细菌基因组特征。”该研究的最后作者、巴斯德研究所微生物分子多样性实验室主任奥德·伯恩海姆总结道。“有趣的是，与我们最初的假设相反，噬菌体感染细菌的能力——这一有效性指标，是由细菌表面的受体决定的，而不是细菌抵御病毒攻击的防御能力。”论文的共同第一作者、巴斯德研究所微生物分子多样性实验室的博士候选人弗洛里安·特森补充道。
对细菌和噬菌体相互作用的详细分析使得研究团队的生物信息学家开发出一个强大的人工智能程序。该程序评估细菌基因组，尤其关注编码细菌膜受体的区域，后者是噬菌体的入口。“我们的人工智能模型不仅是一个‘黑箱’——其操作是透明的，这增强了其有效性。我们完全理解其工作原理，从而能够优化其性能。”论文的共同第一作者、巴斯德研究所微生物分子多样性实验室的博士研究员雨果·沃伊赛特表示。在经过两年多的开发和测试后，该人工智能模型成功地通过分析细菌DNA预测了噬菌体在85%的案例中对所研究的E. coli细菌的有效性。“这个结果超出了我们的预期。”奥德·伯恩海姆评论道。展望未来，研究人员将他们的人工智能模型应用于与肺炎相关的另一组E. coli菌株，为每个菌株选择了定制的三种噬菌体的“鸡尾酒”。在90%的情况下，人工智能选择的噬菌体成功消灭了细菌。这个方法可以很容易地适应医院实验室，为未来当高度耐药的大肠杆菌感染被诊断时快速提供个性化的噬菌治疗奠定基础。“虽然在不同环境中仍需进一步测试噬菌体的效应，但我们已经建立了概念验证。我们旨在将这项工作扩展到其他致病细菌，因为我们的人工智能模型设计为能够轻松适应各种未来个性化噬菌体治疗的场景。”奥德·伯恩海姆总结道。
- 在法国，如果为单个患者授予临时使用授权（ATU），可以使用噬菌体。
- https://www.who.int/europe/news/item/25-06-2024-building-evidence-for-the-use-of-bacteriophages-against-antimicrobial-resistance
- 一组在特定物种内共享相似特征的细菌。
