东大青年学者发现一种独特的“病毒”形式，形似鲜花还能杀菌

前不久，学术权威期刊《自然》评选、发布了19张“2024年度最佳科学图片”。东南大学田磊研究员的科研成果“噬菌体微米级仿生鲜花”的图片入选。这是一项什么研究成果？又为何会呈现鲜花一样的形状？近日，现代快报记者专访了田磊。他介绍，仿生鲜花只是这项研究的偶然发现，更有意义的是噬菌体这一“病毒”是如何消灭细菌的，揭示其作为生物功能材料的潜力。

一次实验偶然发现独特的“病毒”形式

“入选年度科学照片，对我来说是一个巨大的肯定。这个发现最初纯属意外，却也让科学界更加重视噬菌体材料，能够拥抱噬菌体材料这一研究方向。”田磊说。

据介绍，论文中报道的噬菌体微米级仿生鲜花点阵可以高效靶向检测细菌，为细菌感染的治疗和检测开辟了新的可能性。研究团队建立了一种通用的、高压二氧化碳诱导的基底收缩方法，成功构建了由噬菌体构成的褶皱微球阵列，形成了多尺度、功能性、超多孔的三维生物网络。

“我们是在实验中偶然发现这一现象的，随后才对其形成原理展开深入探究，并发表论文。”田磊回忆说，在对噬菌体微球进行特殊的脱水处理后，他们意外地发现噬菌体微球发生收缩，呈现出类似花朵的形态。

为什么会出现这种现象？形成这种形状有什么作用？田磊介绍，他们使用了一种特殊的基底，在高压的二氧化碳环境中会发生收缩，因此基底上的噬菌体受力挤压，呈现出类似鲜花的图案。

有什么作用？经过研究发现，噬菌体仿生鲜花提供了一个极大的表面积，使得检测分子与被检测细菌充分接触，大大提高了检测极限。他们据此设计出一种细菌检测芯片，检测限提高了100倍。即便在更低浓度的液体中，也能更加精准地检测到细菌。这充分显示出由噬菌体构建的褶皱网络作为生物功能材料的潜力。

一种可以杀死细菌的好“病毒”

噬菌体是什么？发挥什么样的作用？田磊介绍，噬菌体是一种以细菌为“食物”的天然病毒，广泛存在于自然界中，包括人体皮肤、肠道，自然界中的土壤、海洋等环境中都有它们的存在。“它们是地球上数量最多的有机体，比所有细菌和其他微生物的总和还要多。只要有细菌的地方，就能找到噬菌体的身影。”

和大众印象中的病毒不同，噬菌体是一种好的“病毒”，是⼀种⽆法感染⼈类细胞的病毒。它被发现的时间早于抗生素，但由于抗生素良好的杀菌效果，噬菌体在医疗领域的应用起初并未得到足够重视，直到近年来细菌对抗生素的抵抗性越来越强、越来越普遍。

在加拿大麦克马斯特大学攻读博士学位期间，田磊与导师、同事开发出⼀种利⽤噬菌体对抗⾷源性疾病的⽅法。他们用噬菌体做喷剂，为食品杀菌。噬菌体的目标非常明确，能在不杀死有益细菌的情况下，清除有害细菌，从而提高食品安全水平。

“我们在牛肉、生菜等食品上做了实验，杀菌效率可达99.99%，并且主要针对的是一种高致病性的细菌，这种细菌对21种抗生素产生抗药性。”田磊分享了此前的研究成果。

可对抗细菌、净化污水的神奇凝胶

这是田磊在麦克马斯特大学领导的研究成果。在麦克马斯特大学深造时，虽然是首次接触噬菌体，但材料学背景的田磊向导师提出，是否可以将噬菌体与纳米材料相结合。

想法变成了现实。

2019年，田磊和同事研制出一种神奇的噬菌体水凝胶，有对抗细菌、净化污水的功能。这款水凝胶由噬菌体和从人体、环境当中发现的病毒组成，当形成凝胶时，能够找到并对抗细菌和癌细胞。

不仅如此，噬菌体在受损时具有自愈功能，凝胶还可用于组织替换和修复。这种把病毒转为凝胶的方法有巨大潜力。

2022年，田磊又带队开发了一种噬菌体微球杀菌剂。含有这些微球的新型喷雾超级消毒剂可安全地应用于食品和其他材料，消灭大肠杆菌等有害病原体。

噬菌体或比抗生素更强大

“很多造成人体感染的细菌出现越来越明显的耐药性，也就是说很多原本可以杀死该种细菌的抗生素，对这种感染不起作用了。”田磊提出当前抗生素面临的挑战，而噬菌体作为一种天然杀菌的病毒，与抗生素的杀菌机制截然不同，因此对于噬菌体的研究，能够为耐药性细菌感染治疗提供全新的途径。

新药临床实验需要经历一个漫长的过程，相较于抗生素，噬菌体展现出独特的优势。它具有杀菌特异性，也就是说只要选择合适的噬菌体，就能只伤害⽬标细菌，⽽不会伤害有益细菌。

用抗生素去对抗细菌，会导致出现越来越多的超级细菌。而噬菌体本身作为一种有机体，它会持续进行自我迭代、自动筛选，从而自适应细菌的突变。

在欧美国家，噬菌体已进入临床实验阶段，医生在证明所有抗生素都不管用的情况下，可以选择使用噬菌体治疗，目前已有大量的成功治愈案例。随着抗生素耐药性愈发严峻，噬菌体杀菌剂有望填补失效抗生素所留下的空白，为人类健康与公共卫生安全提供新的解决方案。

32岁东大青年留学归来任职母校

1992年出生的田磊本硕均毕业于东南大学生物医学工程专业，2024年1月入职东南大学，当前，他已是东南大学的一名正高级研究员，国家高层次人才。基于噬菌体技术的医工交叉研究，田磊以第一/通讯作者身份在Nature Communications、Nature Protocols、Advanced Functional Materials、Advanced Science等权威学术期刊发表论文成果，研究成果覆盖细菌繁殖、传播和粘附的致病循环，引发了对“利用病毒对抗细菌”“制作病毒材料”的广泛讨论。

回国后，田磊加入东南大学生命健康高等研究院柴人杰教授团队，组建队伍聚焦噬菌体技术在耐药细菌感染的临床治疗应用。

提到为什么回国，田磊直言：“国内平台非常好，参加了许多论坛，国内对青年学者的支持力度也非常大。这一年，得益于东南大学的培养，以及广阔的平台和资源，我们多个噬菌体相关的研究项目申请顺利获批。”

新的一年，田磊将走上讲台，从学生变为一名“青椒”，这要求他不仅要有过硬的科研能力，还要有科学的教学方法。“作为一名老师，我要脚踏实地做学问，乐教善教上好课。作为东大的一名青年学者，我希望通过自己的研究，为人类生命健康作贡献。”

实习生 周炜佳 现代快报/现代+记者 李楠/文 王玉秋晨/摄