《Virology》：Characterization of bacteriophage Henu4_2 lytic for
Escherichia coli and its therapeutic efficacy in infection models
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噬菌体Henu4_2从医院污泥中分离，具有裂解大肠杆菌特异性，在体外和体内均展现高效抗菌及抗生物膜活性，最适感染multiplicity of infection为0.1，耐温4-55℃和pH 3-12，基因组为5.026kb双链环状DNA，G+C含量43%，编码裂解酶等关键蛋白，动物模型显示高MOI可显著提高果蝇存活率。
Jiaqi Li|Dongliang Qiao|Liang Zhao|Mengzhe Liu|Tieshan Teng|Qiming Li
河南省快速精准医疗诊断工程技术研究中心，河南大学第一附属医院临床实验室，开封市，475000，中国
摘要
从医院污水污泥中分离出一种噬菌体，命名为Henu4_2。该噬菌体对某些大肠杆菌（Escherichia coli）菌株具有严格的裂解特异性，并在体外和体内实验中表现出强烈的抗菌和抗生物膜活性。其最佳感染复数（MOI）为0.1，在广泛的温度（4–55°C）和pH值（3–12）范围内具有稳定的活性，但仍然对紫外线照射敏感。Henu4_2的潜伏期为20分钟，裂解周期为60分钟，每个感染细胞的裂解产量为354 PFU。基因组分析显示其基因组为50,260 bp的双链环状DNA，G+C含量为43%。系统发育上，Henu4_2属于Tlsvirus属，与Escherichia噬菌体TLS的序列同源性为95.61%，与噬菌体U136B的序列同源性为93.1%。该基因组编码多种参与病毒复制和成熟的功能蛋白，包括内溶酶（ORF16）、全素（ORF17）、末端酶大亚基（ORF54）和末端酶小亚基（ORF55）。值得注意的是，高MOI下的Henu4_2处理显著提高了感染甜菜虫（Galleria mellonella）幼虫在细菌挑战下的存活率。同时，我们观察到Henu4_2能迅速裂解细菌细胞，从而减少感染宿主体内的细菌负荷。这些发现表明Henu4_2是治疗大肠杆菌感染的有希望的候选噬菌体。此外，对其的全面表征和基因组分析为噬菌体多样性和生物学功能提供了宝贵的见解。
引言
大肠杆菌（Escherichia coli）是一种属于肠杆菌科（Enterobacteriaceae）的革兰氏阴性杆菌。尽管它通常作为肠道中的共生生物存在，但越来越多的证据表明它具有引起多种肠道外感染的潜力，尤其是尿路和血液感染（Riley, 2020）。2008年7月，两名儿童因饮用被大肠杆菌O157污染的生牛奶而患上溶血性尿毒综合征（HUS），这突显了致病性大肠杆菌的临床重要性（Guh et al., 2010）。此外，在埃塞俄比亚西北部贡德尔大学医院进行的监测研究表明，患有腹泻的HIV阳性患者经常携带多种肠道病原体，其中志贺氏菌（Shigella spp.）、侵袭性大肠杆菌（enteroinvasive E. coli）和产肠毒素大肠杆菌（enterotoxigenic E. coli）是最主要的分离菌株（Seid et al., 2018）。
抗菌素耐药性（AMR）已成为一个严重的全球公共卫生威胁，尤其是革兰氏阴性细菌（尤其是大肠杆菌）给诊断和治疗带来了重大挑战。这些病原体具有多层细胞壁，这不仅增强了它们在高水平抗生素压力下的存活能力，还阻碍了药物的渗透，从而成为开发针对革兰氏阴性菌感染的抗生素的巨大障碍（Fleece et al., 2018）。鉴于传统抗生素对多重耐药（MDR）菌株的临床疗效下降，噬菌体疗法重新成为一种有前景的治疗选择，引起了当前抗菌药物研发领域的广泛研究和临床关注。
噬菌体是一种专门感染细菌的病毒，具有高度针对性的杀菌活性，同时对正常菌群的影响最小。它们具有较低的固有毒力，可以从多种环境中容易分离出来（Loc-Carrillo and Abedon, 2011）。自20世纪初被发现以来，噬菌体已被研究作为治疗各种细菌感染的药物，其作用机制与传统抗生素截然不同（Salmond and Fineran, 2015）。一个关键的治疗优势在于它们对敏感和耐抗生素的细菌菌株都能发挥类似的效果（Loc-Carrillo and Abedon, 2011）。天然和基因改造噬菌体的治疗应用在全球范围内展示了有希望的临床结果（Waters et al., 2013）。值得注意的例子包括：（1）一名62岁的男性在全关节置换术后出现反复的假体膝关节感染，并对多种抗生素过敏，通过静脉注射噬菌体KpJH46Φ2成功治疗，临床状况显著改善，功能恢复，且未出现与治疗相关的不良反应或感染复发（Cano et al., 2021）；（2）三名肺移植患者患有严重的多重耐药感染，其中两名患者的临床状况明显改善并成功脱离了呼吸机支持，而第三名患者因感染复发而死亡。重要的是，在所有病例中均未观察到与噬菌体相关的不良反应（Aslam et al., 2019）；（3）一项涉及10名对抗生素治疗无效的糖尿病足感染（DFI）的高风险患者的英国临床研究表明，辅助使用抗葡萄球菌噬菌体疗法导致：（i）总体临床状况改善90%，（ii）60%的感染得到解决且肢体得到保留，（iii）多重微生物感染中的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）被成功清除，且未报告任何不良反应（Young et al., 2023）。
在这项研究中，从河南大学淮河医院的排水系统中收集的污水样本中分离出一种大肠杆菌噬菌体。Henu4_2噬菌体在双层琼脂平板上形成了清晰的晕轮状斑块。通过评估Henu4_2噬菌体的裂解稳定性和基因组特征，以及其在体外和体内的抗菌效果，我们证明了Henu4_2是治疗大肠杆菌感染的有希望的候选噬菌体。
部分内容
细菌菌株和培养条件
在本研究中，大肠杆菌BW25113、大肠杆菌ATCC25922和大肠杆菌MG1655从上海微生物收集中心获得；大肠杆菌BL21（DE3）和大肠杆菌DH5α从TAKARA购买。临床分离株，包括肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）Kp1049（CCTCC PB, 2025034）、大肠杆菌21191、鲍曼不动杆菌（A. baumannii）04C和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）48C，由河南大学第一附属医院提供。所有菌株均在我们的实验室中以20%甘油（v/v）保存于-80°C条件下进行长期储存。
噬菌体Henu4_2的分离和形态特征
使用大肠杆菌BW25113作为宿主菌株，成功从医院废水样本中分离出一种新的噬菌体Henu4_2。在37°C下孵育12小时后，该噬菌体形成了直径为2-4毫米的圆形斑块，每个斑块中心都有一个清晰的裂解区，周围有明确的边界（图1A），这是裂解噬菌体的典型形态。透射电子显微镜（TEM）进一步显示，Henu4_2噬菌体具有直径约为75纳米的二十面体衣壳。
讨论
大肠杆菌是一种普遍存在的微生物，在宿主相互作用中扮演着双重角色，从共生关系到致病性入侵（Tenaillon et al., 2010）。作为一种机会性病原体，它是全球范围内食物传播疾病的主要原因，尤其是在发达国家中分离率较高（Yang et al., 2017）。临床上，大肠杆菌可导致严重的感染，如胃肠炎、心内膜炎和在极端情况下的溶血性尿毒综合征（HUS）（Santos
结论
噬菌体Henu4_2是一种裂解性噬菌体，对部分产ESBL（extended-spectrum beta-lactamase）的大肠杆菌具有疗效。其强大的治疗潜力得到了快速吸附能力、高裂解产量、在各种条件下的稳定性以及有效的抗菌和抗生物膜活性的支持。缺乏毒力或抗生素耐药基因进一步证实了其生物安全性。尽管其宿主范围较窄，但这种特异性可能有利于靶向治疗，从而减少
伦理批准和参与同意
本研究已获得河南大学伦理委员会的批准，研究编号为HUSOM2025-673，并已获取了临床和生物信息的知情同意。资金信息
本研究得到了河南省卫生健康委员会（Henan Provincial Health Commission）及其相关部门共同支持的项目（SBGJ202402084）的资助。此外，还得到了河南省快速精准医疗诊断工程技术研究中心的平台建设基金（30389）和河南省重点研发与推广项目（262102310062）的支持。CRediT作者贡献声明
Jiaqi Li：正式分析、方法学、撰写——初稿。Dongliang Qiao：正式分析、方法学。Liang Zhao：软件支持。Mengzhe Liu：方法学。Tieshan Teng：资源支持、软件操作。Qiming Li：概念构思、资金获取、撰写——审稿与编辑。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
