一种新型噬菌体在控制猪场相关大肠埃希菌及其破坏生物膜潜力方面的功效

为什么猪场和病原体与我们息息相关

猪舍里的情况看似与日常生活相距甚远，但在那里繁殖的细菌可以通过肉类、水源和更广泛的环境传播到人群中。随着抗生素对这些微生物效力的下降，科学家们正紧急寻找新方法以保障动物健康和食品安全。本研究探讨了一种自然存在、以细菌为食的病毒能否帮助控制猪场中顽固的大肠埃希菌菌株，尤其是当这些细菌以生物膜这种顽固保护层形式聚集时。

在河水中发现的一位微小猎手

研究人员首先从曼谷昭帕雅河采集水样，寻找专门攻击来自猪场废水的多重耐药大肠埃希菌的噬菌体。他们分离出一个有前景的候选者并命名为 vECPPW9。在电子显微镜下，该噬菌体呈典型的“登月舱”形状，具有多面体的头部和一个能够收缩的尾部，便于附着在细菌细胞上。在实验室测试中，vECPPW9 能够杀死约 40% 的耐药大肠埃希菌分离株，对这些猪场环境中常见的问题细菌显示出相当广泛的作用范围。

迅速出击、强力杀伤，并能耐受应激

为评估 vECPPW9 作为细菌捕食者的表现，团队追踪了它附着并增殖的速度。在体温下，超过 90% 的噬菌体颗粒在十分钟内附着到大肠埃希菌细胞上。进入细胞后，噬菌体大约经过 20 分钟的潜伏期准备，随后每个被感染的细胞释放出数百个子代，裂解细菌。即使当投入的噬菌体颗粒相对较少时，细菌生长在一小时内也被显著抑制，且在 24 小时内菌数远低于未处理的培养物。该噬菌体在储存和动物舍常见的温度下以及在相对宽的酸碱度范围内仍保持稳定，这些特性对于在实际猪舍和水系统中应用至关重要。

安全的基因蓝图与强力工具

团队对 vECPPW9 的整个基因组进行了测序，以确认其身份并评估安全性。该噬菌体携带大型双链 DNA 基因组，包含数百个构建其结构、复制其 DNA 以及裂解宿主细胞的基因。关键的是，研究者未发现与细菌毒素、抗生素抗性或整合入细菌染色体潜伏能力相关的基因。相反，他们鉴定出可以在细菌细胞壁上打孔的酶，以及可能能够降解构成生物膜的多糖的其他酶。与已知噬菌体的比较显示，vECPPW9 属于 Phapecoctavirus 一群，但其差异足以作为该家族内的新物种，被归类为严格裂解型（始终致裂）噬菌体。

瓦解顽固的细菌群落

因为许多农场细菌以生物膜形式附着在塑料、橡胶和金属表面，科学家们评估了 vECPPW9 是否能阻止这些群落形成或在其形成后将其拆解。在简单的塑料孔中，从一开始就将噬菌体与大肠埃希菌混合，可使生物膜总量减少约四分之三，并根据剂量与接触时间将存活细胞数降低超过百倍。当团队让生物膜先生长一天或三天再添加噬菌体时，vECPPW9 仍然能减少黏性基质的厚度和存活细菌的数量。在扫描电镜下，未处理的生物膜呈现密集、组织良好的完整杆状细胞“城市”，而经噬菌体处理的表面则散布着被裂解的细菌残骸，平滑的基质明显被破坏。

清洁更接近真实猪场的表面

为了更接近猪舍的实际环境，研究人员在类似饮水器和管道所用的橡胶管和不锈钢小片上培养大肠埃希菌生物膜。在三天内，未处理的对照组生物膜持续增厚，但暴露于 vECPPW9 的表面在每个时间点均有显著更少的积聚。当先让生物膜形成再使用噬菌体处理时，噬菌体同样能在群落成熟后相比对照组削减生物量。这些发现表明 vECPPW9 能既预防又削减附着在水和饲料系统常见材料上的生物膜，有望改善卫生状况并减少耐药细菌的传播。

这对农场和食品可能意味着什么

总体来看，这项研究将 vECPPW9 描绘为一种起效迅速、基因上安全的病毒猎手，能够杀死多重耐药的大肠埃希菌并削弱庇护它们的生物膜。尽管所有试验均在受控实验室条件下进行，还需在活体动物和真实猪舍中开展更多工作，但这些结果指向了实际应用方向：将噬菌体加入饮水或饲料，或喷洒在设备和管道上以控制有害细菌。如果此类方法在大规模应用中被证实有效且安全，它们可能帮助农户减少对抗生素的依赖、减缓耐药性的传播，并最终使猪肉生产对动物、工人和消费者更安全。

引用: Wintachai, P., Thonguppatham, R., Smith, D.R. et al. Efficacy of a novel bacteriophage in controlling Escherichia coli associated with swine farm environments and its potential for biofilm disruption. Sci Rep 16, 12937 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42644-3

关键词: 噬菌体疗法, 大肠埃希菌, 生猪养殖, 生物膜控制, 抗生素耐药性