张忠教授团队基于噬菌体对细菌的精准靶向作用，先后在Microbiol Spectr和Parasites Vectors等杂志发表研究成果，探讨利用噬菌体精准调控家蝇幼虫肠道微生物结构对宿主生长发育影响的作用机制。
肠道微生物群稳态与昆虫生命活动息息相关。肠道共生菌组成变化影响着宿主肠道群落结构，从而对宿主命运产生不同的影响。某一共生菌（需氧细菌或兼性厌氧细菌）对肠道微生物群落结构会起到怎么样的特定作用？某一共生菌缺失导致的肠道菌群紊乱是否会影响家蝇幼虫发育？本团队针对调控某一细菌在肠道中的丰度提出了噬菌体这一有效工具，可用于分析肠道细菌随着某一共生菌的变化而发生的改变。
团队之前的研究表明自然定植于家蝇幼虫肠道的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa Y12可保护家蝇幼虫免受昆虫病原性真菌感染，又发现肠杆菌Enterobacter hormaechei丰度增加后可通过抑制有害细菌的生长，促进有益细菌的繁殖从而促进幼虫的生长发育。
这些研究已经为某一共生菌影响昆虫肠道微生物群落结构以及生命活动提供了有力证据，但缺乏精准调低其丰度后对幼虫生命活动以及影响肠道微生物群落结构的证据，因此，团队使用噬菌体作为精确工具来调节细菌群落，并分析了某一共生菌被噬菌体抑制后对家蝇幼虫生长发育的影响。研究发现，Pseudomonas aeruginosa Y12噬菌体（图1）、Enterobacter hormaechei噬菌体（图2）、Serratia marcescens噬菌体（图3）和Klebsiella pneumoniae（厌氧型KY和需氧型KX）噬菌体（图4）均能调控并降低其靶向菌在肠道中的丰度，以达到定向调控肠道菌群作用，继而有利于分析某一共生菌缺乏后的肠道菌群结构以及幼虫生长发育情况。在利用噬菌体分别调低Pseudomonas aeruginosa Y12、Enterobacter hormaechei和Klebsiella pneumoniae等共生菌后，均发现幼虫生长发育受阻，其原因为某一细菌缺失后，其起到的维持肠道菌群稳态的功能减弱，导致肠道菌群紊乱，例如有益菌的减少或有害菌的增加。
各种肠道共生菌对宿主肠道群落结构的影响是不同的，因此，了解一种特定的细菌共生体对肠道微生物群落结构和昆虫健康的贡献具有重要意义。针对某些细菌的噬菌体是可用于分析肠道细菌共生体的有效工具。然而，关于噬菌体在调节昆虫肠道细菌方面的功效的实验证据的报道很少。本团队建立了噬菌体定向去除家蝇幼虫肠道细菌的技术体系来调节细菌群落，并分析了噬菌体作用后对宿主健康的影响。噬菌体能够靶向家蝇幼虫的肠道特异性细菌，降低目标细菌的水平，使其成为研究肠道细菌功能的有效工具。
基于噬菌体与细菌的互作技术体系，团队还探讨了氧化石墨烯释放到水体后，可打破水体中细菌/噬菌体的平衡体系，可抑制噬菌体对细菌的感染，从而使微生态朝着有利于细菌的方向发展，产生次生生态效应，研究结果发表在Science of the Total Environment杂志。
图1 Pseudomonas aeruginosa Y12噬菌体处理后肠道菌门和菌属的相对丰度变化
图2 Enterobacter hormaechei噬菌体对家蝇生长发育的影响机制
图3 Serratia marcescens噬菌体对家蝇生长发育的影响机制
图4 Klebsiella pneumoniae（厌氧型KY和需氧型KX）噬菌体对家蝇生长发育的影响机制
1、原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34378967/
Zhang X, Wang S, Li T, Zhang Q, Zhang R, Zhang Z. Bacteriophage: A Useful Tool for Studying Gut Bacteria Function of Housefly Larvae, Musca domestica. Microbiol Spectr. 2021 Sep 3;9(1):e0059921. doi: 10.1128/Spectrum.00599-21. Epub 2021 Aug 11. PMID: 34378967; PMCID: PMC8552782.（第一作者张心雨，通讯作者张忠）
2、原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35464464/
Zhang X, Wang S, Zhang Q, Zhang K, Liu W, Zhang R, Zhang Z. The Expansion of a Single Bacteriophage Leads to Bacterial Disturbance in Gut and Reduction of Larval Growth in Musca domestica. Front Immunol. 2022 Apr 6;13:885722. doi: 10.3389/fimmu.2022.885722. PMID: 35464464; PMCID: PMC9019163.（第一作者张心雨，通讯作者张忠）
3、原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37301969/
Li Y, Wang S, Zhang K, Yin Y, Zhang X, Zhang Q, Kong X, Tang L, Zhang R, Zhang Z. Serratia marcescens in the intestine of housefly larvae inhibits host growth by interfering with gut microbiota. Parasit Vectors. 2023 Jun 10;16(1):196. doi: 10.1186/s13071- 023- 05781- 6. PMID: 37301969; PMCID: PMC10257315.（第一作者李莹，通讯作者张忠）
4、原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36875080/
Zhang K, Wang S, Yao D, Zhang X, Zhang Q, Liu W, Li Y, Yin Y, An S, Zhang R, Zhang Z. Aerobic and facultative anaerobic Klebsiella pneumoniae strains establish mutual competition and jointly promote Musca domestica development. Front Immunol. 2023 Feb 17;14:1102065. doi: 10.3389/fimmu.2023.1102065. PMID: 36875080; PMCID: PMC9982019.（第一作者张可心，通讯作者张忠）
5、原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36963686/
Zhang X, Li Y, Zhang K, Yin Y, Wang J, Wang L, Wang Z, Zhang R, Wang H, Zhang Z. Graphene oxide affects bacteriophage infection of bacteria by promoting the formation of biofilms. Sci Total Environ. 2023 Jul 1;880:163027. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.163027. Epub 2023 Mar 22. PMID: 36963686.（第一作者张心雨，通讯作者张忠）
供稿：生命科学学院 科研部
