细菌-噬菌体与宿主相互作用的进化影响：噬菌体疗法的机会
正如在体外系统中所预期的那样，噬菌体抗性是噬菌体疗法可持续发展面临的最大挑战之一。32,86,87 应用高滴度的治疗性噬菌体可能会引起对噬菌体耐药病原细菌选择的强烈选择性压力。噬菌体耐药细菌的增殖反过来可能导致治疗失败（图3A）。25,37,49,88,89 对致病性噬菌体耐药细菌的出现会极大地降低噬菌体清除感染的能力。同样，对耐药性的出现也会抑制利用经过工程改造的温和噬菌体来重新编程目标细菌的能力。找到对抗噬菌体抗性的治疗策略对于噬菌体疗法的成功至关重要。90 预测这种耐药性的进化对于理解体内噬菌体疗法的后果至关重要。然而，这需要考虑到共同进化原理的变化。
细菌噬菌体疗法的未来将促进抗微生物药敏感性
图1：外排泵抑制剂（EPI）机制（A至D）与噬菌体引导（E）的比较。图示（A）底物竞争导致EPI（黑色圆圈）的外排，同时保留抗微生物药物（红色圆圈），（B）EPI改变抗微生物药物结构（红色方块），防止被外排系统识别，（C）破坏泵组装，（D）破坏外排所需的质子动力驱动力，和（E）噬菌体引导使用外排蛋白作为受体来阻止外排，同时主动摧毁病原体。
细菌噬菌体选择在多药耐药（MDR）假单胞菌中恢复抗生素敏感性
多药耐药（MDR）细菌感染的普遍性和严重性已经促使了新的抗菌策略的出现。理想情况下，新方法应该以靶向细菌病原体为目标，同时在这些细菌不可避免地对治疗干预产生抗性时，产生降低病原性的选择。作为这种管理策略的例子，我们分离了一种溶菌性噬菌体OMKO1（家族Myoviridae），它利用假单胞菌外膜孔蛋白M（OprM）作为多药外排系统MexAB和MexXY的受体结合位点。结果显示，噬菌体选择在MDR假单胞菌中产生了进化权衡，即细菌对噬菌体攻击的抗性进化改变了外排泵机制，导致对多种抗生素类别的药物产生增加的敏感性。尽管现代噬菌体疗法仍处于起步阶段，但我们得出结论，噬菌体（如OMKO1）代表了噬菌体疗法的一种新方法，其中噬菌体对MDR细菌产生选择，使其对传统抗生素变得越来越敏感。这种使用噬菌体作为有针对性的抗菌剂的方法可以延长当前抗生素的寿命，潜在地减少抗生素耐药感染的发生。
图2：噬菌体OMKO1对OprM的表达进行选择，从而影响mexAB/XY-OprM外排系统的功能。PA01-ΔmexR和PA01-ΔoprM在四环素（10 mg/L）和噬菌体OMKO1（绿线和红线）存在下的随时间的平均细胞密度（OD600）。PAO1 ∆mexR（蓝色、绿色）过度表达mex-OprM并由于四环素的活跃外排（蓝色）而独自在TET中迅速生长到高密度，但对噬菌体感染敏感（绿色）。PAO1 ∆oprM在四环素存在下生长较差（红色），但对噬菌体OMKO1具有抗性（黄色）。
我们的研究表明，噬菌体OMKO1是一种自然存在的病毒，迫使噬菌体抗性和抗生素敏感性之间产生所需的基因权衡，这应该有利于噬菌体疗法对假单胞菌等MDR细菌的努力。从自然界分离噬菌体OMKO1表明，其他噬菌体可能已经进化出利用OprM或Mex系统的其他表面暴露蛋白作为结合位点。这类噬菌体可能对于开发治疗非常有用，因为目标细菌预计最终会产生噬菌体抗性，从而导致抗生素敏感性。以前的研究同样证明了噬菌体选择与维持细菌病原体抗生素抗性之间的进化相互作用。例如，噬菌体结合可能依赖于由质粒基因编码的表面蛋白，导致噬菌体选择反对质粒在细菌群体中的维持，从而降低质粒携带的抗生素抗性基因的流行和传播。其他研究也表明，噬菌体和抗生素的联合使用优于单一选择压力，表明这种双重方法作为一种抗微生物策略是有希望的。我们的研究表明，噬菌体OMKO1也是一种有希望的基于进化的噬菌体辅助剂，可以直接利用外排介导的抗生素抗性和噬菌体抗性之间的基因权衡。总的来说，这些例子说明了基于进化的抗生素辅助剂的潜在有价值的方法
