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噬菌体展示技术-噬菌体作为用于抗菌治疗和疫苗开发的潜在工具

 普健科研小助理 2023-10-16 发布于湖北

越来越多的人患有细菌、病毒或真菌感染、寄生虫病和癌症,这促使人们寻找创新的疾病预防和治疗方法,特别是基于疫苗和靶向治疗的方法。另一个问题是细菌对常用抗生素的耐药性增加,对人类造成的全球威胁。基于细菌或病毒的常规疫苗很常见,通常可有效预防和控制人类的各种传染病。然而,这些疫苗的稳定性、运输、靶向递送、安全使用和副作用都还有一定的改进空间。

噬菌体对真核细胞没有传染性和致病性,不会引起人体疾病。此外,细菌病毒是足够的免疫刺激剂,具有潜在的佐剂能力,易于运输和储存。它们也可以大规模生产,降低成本。近年来,它们也为基于噬菌体的疫苗的设计和生产提供了理想的平台,以诱导保护性宿主免疫应答。本文将为大家展示使用噬菌体疫苗预防人类传染病的最新进展和发展,以及实验噬菌体疗法的优缺点,和其在治疗各种疾病方面的巨大潜力,特别是那些对常用抗生素耐药的疾病。

抗生素耐药细菌数量的增加与全球医疗成本、发病率和死亡率的增加有关,抗生素耐药性是对公共卫生和全球发展的最大威胁之一。细菌对抗生素耐药性增加的替代解决方案是噬菌体疗法,基于裂解噬菌体或噬菌体与抗生素的组合,这种抗菌技术已经为人所知100年,不仅可用于对抗抗生素耐药和耐受细菌,还可用于治疗与生物膜形成相关的感染以及孢子形成者。

最近的数据还表明,噬菌体展示疫苗或噬菌体DNA疫苗形式的噬菌体疫苗目前在各个研究领域表现出潜力。

这些类型的疫苗在预防细菌感染及其引起的疾病(特别是由耐多药菌株引起的疾病)方面可能变得很重要。噬菌体疫苗具有许多特性,使其优于传统疫苗,并使其能够克服其局限性。常规减毒和灭活活疫苗在世界各地广泛使用,通过引发对特定抗原的保护性免疫反应来预防各种人类传染病(主要是细菌和病毒来源的疾病)。这种药物制剂的效率一般都很高。然而,在它们的运输、储存和靶向递送以及设计更有效的免疫原性制剂方面存在一些问题。此外,此类疫苗的副作用和安全性也可能是一个严重的问题,因此越来越需要设计和生产新的疫苗,例如基于噬菌体的疫苗。这些疫苗对免疫接种者是安全的,因为细菌病毒不是真核生物的传染因子,也不会对人类造成致病作用。此外,疫苗制剂化学稳定,生产成本低,易于运输和储存。它们还表现出免疫刺激和佐剂特性。因此,噬菌体疫苗可以成为未来疫苗开发的绝佳选择。

噬菌体是感染细菌细胞的病毒,广泛分布在环境中。噬菌体的发现及其随后用于治疗由耐药细菌菌株引起的传染病的历史是广泛的。

基于噬菌体的疫苗具有独特的生物学特性,使其成为预防和治疗由各种细菌菌株(包括对抗生素耐药的细菌)、病毒、真菌和寄生虫引起的麻烦、复发和慢性感染的理想选择,也是对抗癌症(通过引发抗癌宿主免疫反应)的理想选择。由于噬菌体疫苗化学性质稳定,易于储存和运输,大规模生产成本低廉,并且能够诱导体液和细胞介导的宿主免疫反应,因此它们可以成为克服传统疫苗局限性的有价值的替代方案。

噬菌体疫苗主要有三种类型,即噬菌体DNA疫苗、噬菌体展示疫苗和杂交疫苗。

噬菌体DNA疫苗是通过将真核表达盒与编码抗原的疫苗基因结合或模拟表位到噬菌体基因组中来制备的。噬菌体展示疫苗代表重组噬菌体,由于与噬菌体外壳蛋白的遗传融合,其表面显示抗原肽或蛋白质。第三类噬菌体疫苗是杂交疫苗,是上述两种类型相结合的结果,即噬菌体展示疫苗和噬菌体DNA疫苗。

DNA疫苗基于施用编码由所选病原体驱动的抗原蛋白或肽的质粒DNA,以刺激宿主的体液和细胞免疫应答。用作DNA疫苗接种载体的最常见的噬菌体载体是基于λ噬菌体的噬菌体载体。除了λ噬菌体系统,重组丝状噬菌体也用于噬菌体DNA疫苗的设计。噬菌体DNA疫苗通常比经典DNA疫苗更经济(通过在原核生物中噬菌体繁殖)且比经典DNA疫苗更安全,因为噬菌体无法在真核细胞中繁殖,并且在人体内缺乏致病作用。

噬菌体展示技术是由G. Smith发明的,用于在丝状噬菌体表面显示蛋白质和肽。目前,它是用于产生大量肽、蛋白质和抗体的最常见噬菌体系统之一。最著名的噬菌体展示系统基于非裂解性M13噬菌体和属于F类的相关丝状噬菌体。除M13外,该类还包括感染革兰氏阴性菌的fdf1噬菌体。丝状病毒含有环状单链DNAcssDNA)基因组,周围环绕着病毒粒子衣壳,该衣壳由主要外壳蛋白pVIII组成,pVIII具有高拷贝数(每个噬菌体纳米纤维2750拷贝),以及病毒粒子两端的四个次要外壳蛋白(每个蛋白质五个拷贝)(近端的pIIIpVI以及远端的pVIIpIX组成)。

噬菌体展示技术还广泛用于构建噬菌体展示的随机肽文库,以鉴定肽作为潜在的疫苗成分(通过生物淘选策略选择),对任何所需(目标)分子具有很高的特异性和亲和力。除了丝状噬菌体(展示系统中最常见的载体)外,T4T7裂解噬菌体还可以成为疫苗开发噬菌体展示策略的一部分。T4噬菌体的衣壳由9-19种不同的蛋白质组成,其中有2种非必需衣壳蛋白,即HOC(即较小的衣壳蛋白)和SOC(即高抗原的外衣壳蛋白),可作为外源肽和蛋白质的载体。

目前,噬菌体疗法引起了科学家和医生的极大兴趣,特别是由于成功尝试治疗传统抗生素治疗失败的患者。此外,噬菌体疗法是对抗MDR细菌菌株的新方法。

噬菌体比抗生素更具特异性和安全性,因为它们不具有在真核细胞中繁殖的能力,并且应用疗法没有副作用,也不会对宿主共生(健康)微生物群落产生不利影响。这些细菌病毒也不会对模型动物或人类表现出致病性和有害活性。

噬菌体的另一个优点是体内复制(自动给药系统)的可能性,因此与抗生素相比,可以使用低剂量的此类药物制剂。由于大多数噬菌体表现出相对狭窄的宿主范围,细菌对抗生素耐药性产生的噬菌体耐药机制也很低。

噬菌体疫苗可以为人类提供潜在的保护,免受新出现的病原体的侵害。疫苗可以根据三种策略制备。第一种涉及噬菌体展示疫苗,与抗原与噬菌体外壳蛋白的融合有关(噬菌体展示技术)。第二个确定将编码免疫原的基因插入噬菌体基因组(噬菌体DNA疫苗)。第三种是基于噬菌体展示和噬菌体DNA疫苗的组合,以增强宿主的免疫反应。这种类型的疫苗具有佐剂特性,它们可以很容易地大规模生产,并且与常规疫苗相比,它们的运输和储存成本更低。然而,需要进一步研究噬菌体疫苗的免疫作用机制,其安全性,异源抗原的递送系统以及与目前研究的疫苗相比更高剂量的这些疫苗的实施。

面对越来越多的抗生素耐药细菌菌株,经典噬菌体疗法已成为一种有价值的替代治疗工具,具有广泛的应用。越来越多的科学界、医生和药剂师开始注意到噬菌体的独特特性,以及它们在治疗影响世界各地人们的各种传染病方面的真正可能性。这主要是由于进行的临床试验以及在治疗经证实的医疗干预措施无效或可用治疗方案已用尽的患者方面取得的惊人成果。总体而言,广泛的研究表明,噬菌体对人类是安全的,即使在抗生素耐药菌株的情况下也表现出杀菌活性,并且与常用抗生素相比是一种创新的治疗形式。然而,噬菌体疗法需要深远的法规和更多的随机对照试验,才能被视为一种常规医学疗法,而不仅仅是挽救人类生命的治疗实验。

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