关键词:
鼠伤寒沙门菌
噬菌体治疗
病理学
免疫学
肠道菌群
摘要:
抗生素的滥用使细菌耐药问题成为全球关注的焦点问题之一,特别是多重耐药菌的不断涌现给人类、动植物及生态环境带来严峻的挑战。鼠伤寒沙门菌作为一种人畜共患病原菌,可感染多种家畜家禽,对养殖业造成巨大威胁,同时,还可通过食物链传播,造成人类食源性感染,带来公共卫生安全危机,加之耐药性的问题,使鼠伤寒沙门菌的防治问题更加棘手。由于增殖快、宿主特异性强和对体内菌群影响小等优点,噬菌体治疗被认为是替代抗生素治疗多重耐药菌感染的替代疗法之一。
本研究以禽源多重耐药鼠伤寒沙门菌ST149为宿主菌,从鸡场粪水样中分离得到ФPLL1,从课题组噬菌体库中筛选出ФF118P13及ФSP6H,单独使用均无法达到理想的治疗效果,最终筛选出具有较强裂解能力的噬菌体组合ФPLL1与ФF118P13。噬菌体ФPLL1属于有尾噬菌体目Ackermannviridae科Cvivirinae亚科Kuttervirus噬菌体,ФF118P1属于有尾噬菌体目Siphoviridae科Guernseyvirinae亚科Jerseyvirus噬菌体,ФPLL1和ФF118P13基因组全长为分别为156,613 bp(OM367911)和42,378 bp(OM339548),不携带毒力基因和耐药基因。体外裂解试验和一步生长曲线测定表明,ФPLL1可以在ST149中增殖并最终将其裂解,而ФF118P13只能裂解ST149,但不能在ST149中增殖。此结果表明,ФPLL1、ФF118P13对ST149的作用方式不同。除此之外,2株噬菌体可裂解肠炎、鸡白痢、鼠伤寒沙门菌,并具备良好的温度和p H稳定性。
为研究噬菌体混合后的裂解特性以及噬菌体选择压对多重耐药鼠伤寒沙门菌耐药性及生物学特性的影响,分别使用抗性突变率测定、透射电镜观察及体外连续传代的方法进行探究。体外裂解实验显示,在ФPLL1和ФF118P13共同压力下ST149抗噬菌体突变率为0.0011%,比单独使用ФPLL1或ФF118P13分别降低1500和667倍;透射电镜结果表明,ФF118P13具有类似于穿孔素的裂解方式。最终证明,ФF118P13属于自外裂解。而ФPLL1为烈性噬菌体,发生自内裂解。噬菌体压力下,鼠伤寒沙门菌ST149连续传代6天后,分别有25%和37.5%的沙门菌的多粘菌素MIC从16μg/m L下降到8μg/m L。从中筛选出的抗噬菌体突变株,形成生物膜的能力增强,并且O:4抗原和H:1,2抗原丢失。证明,多重耐药鼠伤寒沙门菌会在噬菌体选择压下丢失O:4抗原,导致多粘菌素B敏感性增加。
为评估噬菌体混合使用治疗多重耐药沙门菌感染的效果,建立了大蜡螟、SPF雏鸡和ICR小鼠沙门菌感染模型。在大蜡螟治疗实验中,单独使用ФPLL1或ФF118P13治疗的存活率随噬菌体浓度升高而升高,而ФPLL1和ФF118P1混合治疗时,大蜡螟迅速死亡。在雏鸡治疗实验中,治疗组雏鸡10 d的存活率显著高于攻毒组(P<0.0001),且治疗组肝脏、脾脏(P<0.05)、法氏囊(P<0.01)和盲肠内容物(P<0.05)中沙门菌载量显著低于攻毒组,提示噬菌体在体内发挥治疗作用主要是通过对沙门菌的裂解实现的。雏鸡肠道菌群测定结果表明,噬菌体治疗能显著改善鼠伤寒沙门菌感染造成的肠道菌群紊乱。在小鼠治疗实验中,噬菌体组小鼠14 d的存活率高于攻毒组。以上结果表明,噬菌体混合制剂可以有效治疗鼠伤寒沙门菌ST149感染,并且建立起稳定的动物模型,为进一步研究噬菌体治疗多重耐药鼠伤寒沙门菌感染的体内作用机制奠定基础。
为研究体内噬菌体压力下沙门菌变化对免疫系统的影响,以ICR小鼠感染模型为基础,通过对监测病程变化、免疫指标和肠道菌群的变化,阐明噬菌体协同宿主免疫系统抗菌的机制。体内实验中,与攻毒组相比,治疗组器官病变程度低且病程发展更慢。组织病理学观察结果表明,噬菌体治疗组肝脏炎性增生、坏死,脾脏中多核巨细胞增多,肺泡出血等病变比攻毒组均有减轻。除病理变化外,攻毒后第3天,治疗组肝脏(P<0.001)、脾脏(P<0.01)、肾脏(P<0.05)和肺脏(P<0.05)载菌量均低于攻毒组。小鼠血清ELISA结果显示,攻毒第6天后,攻毒组促炎因子IL-6、IL-17显著上升(P<0.05),抑炎因子IL-10显著上升(P<0.05)。流式细胞术结果显示,治疗组脾脏中检测的免疫细胞,除中性粒细胞、巨噬细胞升高外,其他细胞均在攻毒第9天后下降到最低点,之后各类细胞逐渐回升。经q PCR验证,攻毒后第6天,攻毒组胸腺中TLR2(P<0.05)、caspase-4(P<0.05)及TNF-α(P<0.05)表达量显著高于治疗组,攻毒组肝脏中Caspase-1表达量高于治疗组(P<0.01)。肠道菌群测定结果显示,噬菌体治疗有助于维持肠道菌群的稳定。综