感染并杀死细菌的病毒，称为噬菌体，有望成为治疗危险感染的新方法，包括那些对抗生素产生耐药性的菌株。然而，病毒学家对噬菌体如何在其感染的细菌细胞种群中持续存在知之甚少，这阻碍了噬菌体疗法的发展。
12月13日在线发表在《科学》杂志上的一项新研究首次证明，一种噬菌体的宿主——单一细菌物种，可以维持一个多样化的竞争噬菌体物种群体。这项由纽约大学格罗斯曼医学院、牛津大学和耶鲁大学的研究人员领导的研究表明，几种噬菌体物种可以在一个基因均匀的埃希氏大肠杆菌（E. coli）菌株种群中稳定共存，这种细菌定植于人体肠道，包括致病版本。
研究人员发现，尽管病毒之间存在竞争，但不同的噬菌体物种更喜欢随机出现在种群中的生长速度较慢或较快的细胞。通过这种方式，每种噬菌体都能在同一个宿主上找到一个独立的生态位，从而实现稳定共存。例如，缺乏局部营养（饥饿）可能会减缓某些细胞的生长，以保存稀缺资源。在这项研究中，两种噬菌体物种，标记为N和S，共存是因为N更适合在快速生长的细菌细胞中生存，而噬菌体S在缓慢生长的细胞中表现更好。
噬菌体疗法的设计者希望避免抗生素治疗中的问题，即某种药物杀死细菌但留下那些偶然对该药物作用机制最耐药的部分。这些幸存者是一个主要的担忧，因为它们已经对可用的治疗方法产生了抗性。
“了解多种噬菌体如何在同一细菌上随时间存活可以帮助设计下一代噬菌体混合物，”该研究的第一作者、纽约大学格罗斯曼医学院系统遗传学研究所Jonas Schluter博士实验室的博士后学者Nora Pyenson博士说，“例如，每种噬菌体物种可能在细菌生命周期的不同阶段攻击它，使整个种群在抗性进化之前被全部杀死。”
“目前还没有任何噬菌体疗法成为标准的细菌感染治疗方法，因为在过去的尝试中，单一噬菌体无法杀死所有目标细菌，或者细菌进化出了抗性，类似于抗生素抗性的进化，”Pyenson博士补充道。
噬菌体生态的重要性
理解物种多样性是生态学和进化生物学的基本问题。一个促进多样性的主要因素是，物种在仍然竞争资源的情况下找到了共存的方式。然而，病毒通常不被认为是在这种“社会”背景下存在的。
目前的研究团队实验测试了一个长期持有的假设，即细菌的遗传多样性限制了病毒物种的多样性。这导致了一个预期，即一种噬菌体会胜过所有其他噬菌体成为唯一的幸存者。然而，正如多细胞生物在其微生物组中寄居着多种细菌物种一样，新的结果显示，单一细菌菌株本身也可以寄居一个多样化的噬菌体物种群体。
“我们的研究有助于蓬勃发展的病毒社会生活研究领域，”Pyenson博士补充道，“我们通常仅从病毒对宿主影响的角度来思考病毒，但它们也存在于其他病毒物种的环境中。这些噬菌体群落展示了即使在最简单的生物中，多样性是如何出现的。”
有趣的是，人类肠道中存在多样化的细菌种群是健康的标志，因为多样化的物种（微生物组）更能抵抗任何入侵的致病物种的支配。同样，占据生活在肠道中的细菌的病毒种群也被认为是健康的重要调节因子，异常的噬菌体混合物被认为会导致败血症等疾病。
“这项工作代表了我们对噬菌体生态理解的转变，”Schluter博士也是纽约大学格罗斯曼医学院微生物学系的教授，“感谢Nora的工作，她在一个大流行期间并在四个实验室中完成了这项工作，我们现在可以开始理解噬菌体在与多样化病毒物种共存时的进化过程，以及这如何塑造它们在健康和疾病中的角色。”
除了纽约大学格罗斯曼医学院的Pyenson博士和Schluter博士，耶鲁大学的Turner博士，研究作者还包括耶鲁大学生态与进化生物学系的Asher Leeks和Odera Nweke；加州理工学院地质与行星科学部的Joshua Goldford；牛津大学生物系的Kevin Foster；以及西班牙萨拉戈萨大学功能生物学与基因组学研究所的Alvaro Sanchez。Foster博士和Sanchez博士与Pyenson博士一起担任通讯作者。
部分研究资金来自生命科学研究基金会和西蒙斯基金会提供给Pyenson博士的资金，以及来自美国国立卫生研究院（NIH）国家过敏与传染病研究所（NIAID）的新创新者奖（DP2AI164318）提供给Schluter博士的资金。
(全文结束)
