《“好病毒”评论:一位出人意料的治愈者》——《华尔街日报》
David A. Shaywitz
培养皿中的细菌。透明区域是噬菌体杀死细菌后形成的空白区。图片来源:borzywoj/Alamy2015年,加州大学圣地亚哥分校精神病学教授汤姆·帕特森在埃及红色金字塔的小型墓穴中爬行后不久,度假期间突然病倒。他的病情迅速恶化,先后被转送至德国法兰克福的重症监护室和加州拉霍亚的家乡医院。病因是感染了鲍曼不动杆菌——其主治医生称之为"地球上最致命的细菌"。更糟的是,该菌株对抗生素产生了耐药性。帕特森的妻子是位成就卓著的全球健康流行病学家,她疯狂地在全球搜寻可能的治疗方案,最终锁定了"噬菌体"——一种攻击细菌的病毒。令人惊叹的是,这种疗法奏效了。帕特森从死亡边缘被拉回,最终完全康复。
在后疫情时代,病毒有益的观点或许显得怪异甚至难以置信。但科学记者汤姆·爱尔兰以令人钦佩的执着,向我们展示了这种抗病方法的巨大潜力,并论证其重要性。《有益病毒》一书兼具趣味性与广博性,描绘了噬菌体(通常简称为" phage")独特的生物学特性与扑朔迷离的历史——这种生命形式数量惊人却鲜为人知,甚至被称为"生物学的暗物质"。
噬菌体病毒无处不在,从高寒山地到海水环境,从植物叶片到人体内部,皆有其踪迹。人体内300万亿个细胞的数量,远不及近400万亿定殖细菌的规模,而噬菌体数量更是细菌的十倍之多,主要聚集在肠道中。据爱尔兰先生所述,全球预计存在数万亿种噬菌体(其中大部分尚未被发现),堪称"地球最大的基因多样性宝库"。
噬菌体体积通常不足细菌细胞的十分之一。其形态各异,但大多形似微型球茎注射器——遗传物质(多为DNA,少数为RNA)紧密盘绕在蛋白质外壳(病毒"头部")内。病毒通过尾部附着目标细菌,注入致命遗传物质。进入宿主后,噬菌体DNA会劫持细菌的复制系统大量增殖,直至细胞爆裂释放出新病毒继续感染。某些情况下,入侵DNA会选择潜伏,待条件成熟再发动致命攻击。
尽管历史上早有噬菌体活动的蛛丝马迹(如印度恒河传说中的治愈力可能源自噬菌体),但其正式发现要等到20世纪之交。爱尔兰先生写道,那是个"微生物猎手成为全球瞩目职业"的黄金年代。1910年代初,严谨的英国细菌学家弗雷德里克·特沃特在伦敦南部研究所尝试培养天花病毒,希望"像研究细菌般观察它"。实验虽仅培养出污染菌落,但他注意到菌斑中偶现的透明区域,似有隐形杀手在消灭细菌。一战的爆发使特沃特失去资助,他于1915年关闭实验室并发表成果,谨慎推测这种现象可能由病毒引起,但当时鲜少有人关注。
特沃特不太可能的竞争对手会是费利克斯·德赫雷尔,这位自由奔放的法国人16岁辍学去环游世界,用爱尔兰先生的话说,“挥霍着人脉广泛的家族财富”。24岁时,德赫雷尔移居加拿大,“那里微生物学家屈指可数,他干脆自封为专家”并开设了实验室。但不久后旅行冲动再起,他在墨西哥帮助政府通过培养感染蝗虫的细菌来控制虫害。职业生涯后期研究痢疾时,他重施故技,寻找可能攻击致病细菌的“超微生物”。他观察到与特沃特相同的透明斑点,并于1917年(明显更为高调地)宣布发现了一种新生命形式,称之为“噬菌体”。德赫雷尔随后用噬菌体成功治愈了五名患病男孩。但其“狂野尖刻的作风”(爱尔兰先生语)招致同行敌视,众人联手排挤他。
德赫雷尔的发现激励了包括苏联格鲁吉亚共和国微生物学家乔治·埃利亚瓦在内的许多人。1936年,他建立了首个(至今仍是少数)专攻噬菌体研究的机构。不幸的是,埃利亚瓦很快得罪苏联秘密警察,于1937年神秘失踪。该机构持续推动噬菌体疗法研发并屡创佳绩——例如用噬菌体治疗坏疽伤员。但也遭遇令人沮丧的失败,部分因噬菌体提纯不足,更多是因未能精准匹配致病菌株。爱尔兰先生指出,尽管当时(包括美国在内的)全球曾为噬菌体疗法“疯狂”,但效果“反复无常难以预测”。事实上,1930年代“美国商业噬菌体产品的可疑性与不可靠性”意味着“对特定患者是否有效全凭运气”。
二战期间,西方果断转向新发现的青霉素,与苏联分享了其配方,但未透露大规模生产方法。因此,苏联继续依赖噬菌体作为细菌感染的首选疗法。1949年,当一位苏联研究人员试图获取青霉素的生产权时,他被政府当局逮捕并在审讯中死亡,这一切都因*nizkopoklonstvo——*崇拜西方的罪行。
西方医生则接受了清洁且经过充分测试的抗生素,据爱尔兰先生所述,他们将噬菌体视为“医学黑暗和古老过去的遗物”。但研究人员热衷于将噬菌体作为实验室工具,它最终揭示了一系列重要的分子生物学原理——包括DNA作为基础遗传物质的鉴定。细菌对噬菌体抗性的研究后来揭示了称为Crispr的独特DNA序列的存在,这些序列通过剪切感染噬菌体的DNA帮助细菌自卫。后来的研究表明,科学家可以重新利用这种分子编辑进行精确的基因工程。
爱尔兰先生写道,曾经“被嘲笑为怪人和共产党人的想法”的噬菌体疗法似乎正在复兴。多年来,噬菌体药物由一个独特的全球真正信仰者社区维持,现在吸引了强大的生物技术专家和投资者的注意。几个团队正在尝试从头合成药物级噬菌体;其他人正在努力系统化和标准化从细菌中分离噬菌体的过程,并为整个过程寻求监管批准。这无疑是一个迫切的需求:爱尔兰先生提醒我们,最后一类新型抗生素是几十年前开发的,耐药细菌的问题持续增长。经过多年的科学流放,治疗性噬菌体可能终于迎来了转机。
谢维茨博士是武田制药的医师科学家,哈佛大学讲师,以及美国企业研究所的兼职研究员。
刊登于2023年8月5日的印刷版。