摘要:病毒是微生物农药的重要组成部分,根据防治对象主要可分为两大类:用于防治植物细菌性病害的噬菌体,以及用于防治害虫的昆虫病毒。
世界农化网中文网报道: 病毒是微生物农药的重要组成部分,根据防治对象主要可分为两大类:用于防治植物细菌性病害的噬菌体,以及用于防治害虫的昆虫病毒。
噬菌体作为侵袭细菌的病毒,具有高度特异性,通过与受体的特异性相互作用感染靶标细菌,随后进入细菌体内,控制宿主代谢,将其用于自身繁殖,最终导致细菌裂解,释放新噬菌体,持续对抗更多有害菌。这种自然机制提供了一种有效,精准且可持续的方式防治病害,同时避免对有益微生物或环境造成损害。
利用噬菌体防治植物病害的历史由来已久。早在1924年,Hemstreet和Mallmann就曾尝试使用含有噬菌体的腐烂卷心菜滤液来防治黄单胞菌[1]。然而,随着化学杀菌剂的普及,应用范围的扩大,使用方法的简化,及可靠性的提高,人们对噬菌体生物防治的兴趣逐渐减弱。
进入21世纪后,随着生物技术的进步,噬菌体生物防治重新引起了人们的关注。如今,噬菌体疗法作为一种生物防治策略,因其以下几个优点而日益受到关注:1)能够减少靶标细菌数量;2)对耐药菌有效;3)作物应用方式多样(例如,叶面喷施,种子包衣,添加到土壤处理剂中);4)未发现对植物和其他真核生物有负面影响。[2]
近年来,越来越多的国内外噬菌体企业在业务发展中取得进展,预示着该行业日趋火热:
2015年
菲吉乐科宣布收购OmniLytics。
2018年
美国环保署批准登记OmniLytics的AgriPhage-Fire Blight和AgriPhage-Citrus Canker,分别用于防治苹果/梨火疫病,柑橘溃疡病。
2019年
AgriPhage-Fire Blight和AgriPhage-Citrus Canker由Certis USA(今Certis Biologicals)在美国推出。
日本大塚制药株式会社(Otsuka Pharmaceutical)开发的XylPhi-PD获得美国加州登记,防治葡萄皮尔斯病(叶缘焦枯菌Xylella fastidiosa引起的病害)。
2023年
以色列EcoPhage向美国环保署提交了其首款产品GoldenEco的登记申请,该产品主要针对番茄和甜椒上的细菌性病害,包括黄单胞菌和假单胞菌。
2024年
EcoPhage与Maian签署分销协议,将在巴西市场销售其GoldenEco。
利民股份与厦门昶科生物在江苏新沂正式签署战略合作协议,共同致力于发展以噬菌体技术、合成生物学技术为底层技术的噬菌体生物农药。
西班牙Kimitec开发出了噬菌体生物农药,用以对抗Erwinia amylovora引起的梨果火疫病。
格瑞农生物成功产业化针对青枯病、溃疡病等植物主要病害的″小青宁、溃疡宁″等噬菌体系列产品。
2025年
格瑞农生物宣布完成数千万元Pre-A轮融资。
菲吉乐科(南京)生物科技有限公司的地毯草黄单胞菌噬菌体YHC5获得中国登记,是中国首个获得登记的噬菌体类生物农药,应对柑橘树溃疡病。
EcoPhage向美国环保署提交EcoFire的登记申请,产品用于防治梨和苹果的火疫病。
EcoPhage预计GoldenEco将于2025年获得美国监管部门的登记批准。
尽管前景广阔,这项技术为何尚未实现大规模商业化应用?其发展的挑战与未来的方向何在?AgroPages世界农化网特别采访了格瑞农生物联合创始人/副总经理徐岳,以及EcoPhage首席执行官Guy Elitzur,为您深入解读。
相比较核型多角体病毒等病毒源杀虫剂,目前噬菌体这类病毒在植保上的应用为什么这么少?
格瑞农生物:在中国市场的确是新技术,各家都处在申报期或推广早期。但是在美国、韩国等集约化程度较高的国家已经应用较为普遍。
目标病害的经济重要性:
1、昆虫害虫的危害通常更直观,市场接受度高。
2、而许多毁灭性的植物细菌病害(如青枯病、溃疡病等)虽然危害巨大,但过去化学农药(特别是抗生素)在一定程度上能进行管控,随着农药及抗生素的抗药性日剧增加,噬菌体的需求才日益凸显,因此市场教育和技术积累相对较晚。
EcoPhage:许多病毒生物农药已在市场存在多年。例如,首批防治毛虫的核型多角体病毒杀虫剂早在20世纪70年代就已问世,并逐渐被市场接受。而商用噬菌体生物农药近十年才推出,目前仍处于市场教育和农户认知的早期阶段。这项新技术虽施用方式与其他农药无异,但其独特性需要时间学习,部署和有效整合。
噬菌体作物保护产品开发的难点在哪里?
格瑞农生物:噬菌体的筛选:如何从海量的噬菌体资源中,筛选出裂解谱广,裂解能力强,培养效率高,抗逆性强的″精英噬菌体″,是一个较大挑战。
抗性防控技术开发:细菌同样会进化出对噬菌体的抗性。如何解决噬菌体的抗性问题,是产品能否长期有效的关键。瑞通生物独创的″超级鸡尾酒″技术是目前全球最有效的抗性防控技术之一。(瑞通生物负责格瑞农生物旗下植保版块业务)
规模化生产工艺:噬菌体的培养需要活的宿主细菌作为″培养基″,这使得生产工艺比化学农药复杂得多。如何实现高滴度,低成本,无杂菌污染的大规模生产是一大技术壁垒。瑞通生物的母公司格瑞农生物是国内首家通过噬菌体制剂GMP静态验收的工厂,所以具有标准化生产及高标准质控的产业化能力。
EcoPhage:噬菌体是地球上最丰富的一类生物,但对高温、紫外线辐射和极端pH值等环境因素敏感。因此在开发过程中,我们必须克服这些敏感性,才能生产出具备可接受的保质期和高功效性,并在严酷气候下持效期长的商用产品。
噬菌体较易失活,贵公司采用哪些制剂技术提高产品功效?
EcoPhage:噬菌体在特定条件下易失活。我们通过两个层面应对挑战:首先,研发平台通过优化噬菌体筛选,确保其与靶标病原体精准匹配,并强化与鸡尾酒中其他噬菌体的协同作用;其次,我们开发了液态与干粉剂型,其中添加的保护成分能帮助噬菌体抵御恶劣环境,延长保质期并维持稳定性。
格瑞农生物:环境稳定性是噬菌体产品的生命线。我们主要采用自主研发的稳定调节剂来确保噬菌体在储存和施用过程中处于最稳定状态。
噬菌体制剂生产成本大头在哪里?未来通过技术革新,成本有怎样的下降空间?
格瑞农生物:纯化是噬菌体产品最主要的成本。为了获得高滴度、高纯度的产品,在以前大家都采用离心沉降的试验级方法进行纯化处理,处理周期长(3天),人工成本、耗材成本都较高。早在4年前我们已经通过和其他医疗设备企业联合开发,实现了规模化生产级的纯化系统。纯化效率提高了20倍,成本也大幅降低。
噬菌体生产的成本下降最显著的方式一定是提高母药的效价,母药效价提升的关键有三点:1、种子的选择(高爆发量,高匹配度);2、培养参数的优化;3、培养基组方的优化。
EcoPhage:生产成本主要集中于原料、能源和人力。EcoPhage通过改进发酵工艺和制剂方案来降低成本,随着生产规模扩大,未来成本将显著下降。
您是否正在构建噬菌体库?如果有,是如何构建的?
格瑞农生物:是的,构建一个庞大且多样化的噬菌体库是我们公司的核心战略和竞争优势。我们的构建流程如下:
样本采集:我们的样品收集遍布全国主要农业产区,从发病田块的土壤、病株、水源,甚至加工厂的排污口等环境中广泛采集样本。致病菌越密集的地方,找到高效噬菌体的几率越大。
宿主菌库的建立:同时,我们分离,纯化并保藏了涵盖不同地区,不同作物来源的上万株目标致病菌(如青枯雷尔氏菌、地毯草黄单胞菌等),作为筛选噬菌体的″诱饵″。
噬菌体的分离与富集:将环境样本与特定的宿主菌在实验室共培养,利用噬菌体裂解细菌的特性,进行分离和富集。
高通量筛选与鉴定:
裂解谱测定:这是最关键的一步。将分离到的噬菌体与我们保藏的庞大宿主菌库进行交叉点样实验,筛选出裂解谱广(能裂解多种菌株),裂解能力强(形成透明斑大而清晰)的″精英噬菌体″。
生物学特性鉴定:对其潜伏期、爆发量、环境耐受性等进行评估。
分子生物学鉴定:通过基因组测序,确保其不携带任何细菌毒素基因、抗生素抗性基因等不利因子,并对其进行分类和溯源。
入库与保藏:将符合标准的精英噬菌体,通过超低温冷冻或冻干技术,安全,长期地保藏在我们的噬菌体资源库中。
这个动态的噬菌体库使我们能够针对不同地区的病原菌种群结构,快速,精准地配制出最有效的″鸡尾酒″疗法。
EcoPhage:我们正在构建噬菌体库,并为每种噬菌体建立庞大的数据库,以此优化开发流程,并提升产品可行性。
目前噬菌体制剂研究热点在哪些领域?
格瑞农生物:当前的研究热点主要集中在以下几个方面,旨在解决上述核心难点并拓展应用边界:
精准噬菌体疗法与鸡尾酒优化:利用基因组学、生物信息学和机器学习,更智能地设计噬菌体鸡尾酒配方,预测其协同作用和抗性进化路径,实现真正的精准农业。
噬菌体编码蛋白的应用:不直接使用整个噬菌体,而是利用其编码的裂解酶或尾丝蛋白开发成生物农药。这些蛋白质通常具有更广的杀菌谱。
工程噬菌体:通过合成生物学技术,对噬菌体基因组进行定向改造,例如扩展其宿主范围,增强其对生物膜的穿透能力,或携带特定杀菌蛋白的基因。
噬菌体与其他防控策略的协同:
与抗生素联用:在医疗和养殖中研究较多,在植保上也有潜力,可以降低抗生素用量并解决抗生素耐药性问题。
与有益微生物联用:将噬菌体与芽孢杆菌、木霉等生防菌结合,让噬菌体快速精准杀灭致病菌的同时,生防菌快速占据生态位,为植物撑起强大的生物保护层。
与化学农药联用:探索低剂量化学农药与噬菌体的协同增效作用。
EcoPhage:研发重点包括拓展剂型种类,优化施用方式,提升药效,延长保质期等。尽管噬菌体属于生物源,但其田间效果不逊于有竞争力的传统产品。因此我们的目标是将其纳入传统喷洒方案,逐步替代现有铜制剂和抗生素产品的应用。
了解更多生物防治技术,请查阅《2025生物制剂专刊》。
来源:世界农化网