人类的肠道是一个非常复杂的生物环境。除了细菌外，数十万种称为噬菌体的病毒也可以在其中生活，它们也会感染细菌。肠道微生物组是人类健康的重要因素，肠道微生物组的失衡会导致疾病和复杂的疾病，例如炎症性肠病，过敏和肥胖，同时，也有一些研究利用肠道微生物的调节治愈一些疾病。但是对于肠道细菌以及感染它们的噬菌体疾病中所起的作用，我们知之甚少。
惠康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）和EMBL欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）的研究人员对28,060种人类肠道元基因组和2,898种人类分离的细菌分离基因组中发现的病毒物种的生物多样性进行了分类，确定了人类肠道中生活着14万多种病毒物种，其中一半以上从未见过。也许你也会惊讶，自己可爱柔软的肚子里竟然藏着这么多病毒。该论文2021年2月18日发表在《细胞》杂志上，名为：Massive expansion of human gut bacteriophage diversity。
不过，14万病毒啊，在人体身上，岂不是很可怕？别担心，EMBL-EBI 和维康桑格研究所博士后研究员 Alexandre Almeida 表示：研究里我们发现的大多数病毒以 DNA 作为遗传物质，这与大家熟知的 RNA 病毒不（如 SARS-CoV-2 或寨卡病毒）；其次，这些样本主要来自没有共同疾病的健康个体。
首先研究人员使用宏基因组学样本分析了从人类肠道培养的28,060个公共人类肠道元基因组和2,898个细菌分离基因组，共获得人类142,809个非冗余噬菌体基因组。还使用VirFinder和VirSorter方法与已知噬菌体和其他病毒样特征的序列相似性鉴定人类肠道元基因组之间的病毒序列，基于图聚类方法对遗传相关的噬菌体进行分组，在高分类学水平上评估GPD的病毒多样性。
图1.构建的人类肠道噬菌体序列数据库
对于收集到的2898个高质量的人肠道细菌分离基因组，先推断出每种噬菌体预测中最可能的细菌宿主，然后通过筛选针对噬菌体的CRISPR间隔子以及将原噬菌体与其起源对接起来，将40,932个GPD噬菌体（占所有预测的28.66％）分配给了2157个宿主菌株。尽管发现大多数病毒簇仅局限于一种细菌，但会有相当大的百分比（〜36％）感染多种。噬菌体宿主范围广泛是由于转导水平基因转移事件的连通性增加，这可能导致在人类肠道系统发育中与不同的细菌种之间建立基因网络。
然后研究团队分析了在4种常见的人类肠道细菌中是否存在噬菌体感染的情况。相比之下，在幽门螺杆菌和乳酸杆菌H，乳酸杆菌，肠球菌D和小球菌，被观察到在人类肠道细菌中噬菌体广泛分布。
图2.肠道噬菌体的细菌宿主分配和宿主范围
但是，不同地域也有差异，个体微生物组的细菌组成会影响肠道噬菌体的组成。生活方式，特别是城市化影响了噬菌体分布。在城市样本中发现的噬菌体比拟杆菌科细菌更集中于拟杆菌科，而来自秘鲁，坦桑尼亚，马达加斯加和斐济的农村样本所藏噬菌体所针对的宿主范围则是对拟杆菌科。即在农村/传统生活方式的个体中，原核藻类细菌更为丰富和普遍，而在城市/西方生活方式的个体中，拟杆菌属则更为丰富和普遍。表明人类生活方式与肠道噬菌体的全球变异有关，最有可能是由宿主肠道微生物组的差异介导的。
图3.肠道噬菌体系统
EMBL欧洲生物信息学研究所的作者Rob Finn博士说：“对于试图找出人体微生物组中存在哪些细菌种类的研究人员来说，肠道细菌纯分离株的参考基因组数据库至关重要。想要检验一个假设，例如，某种特定物种富含某种疾病，他们可以从收集物中获得分离株本身，如果这种物种似乎很重要，可以在实验室进行物理测试。”
图4.全球肠道噬菌体进化枝及其细菌宿主
研究团队还发现了280个全球分布的病毒簇，包括1个具有p-crAssphage特征的病毒进化枝（Gubaphage）。对Gubaphage基因组之间蛋白质重叠的分析表明，这种结构表明来自单个病毒亚科的2个属（G1和G2）能够感染来自拟杆菌科和卟啉单胞菌科的细菌。在北美，大洋洲和亚洲，两个古柏噬菌属的综合患病率达到了10％–15％的样本比例，而在欧洲，发现约37％的样本正在感染细菌。这些结果凸显了建立明确的病毒肠道亚家族的重要性，因为高度相关的噬菌体基因组的综合效应可以帮助揭示特定进化枝与其细菌宿主和人类健康之间的联系。
图5.肠道中普遍存在的进化枝是噬菌体
高质量噬菌体基因组的全面数据库会大大提高人类肠道病毒分析效率，使特定病毒进化枝与独特的微生物组表型相关联。这个研究的肠道噬菌体数据库包含2496种噬菌体，这些噬菌体是从可公开获得的培养分离物中提取的，尤其是57个全球分布的病毒簇中的131个成员，为湿实验提供了资源。维康桑格研究所的作者博士Trevor Lawley说，最终，这将使我们朝着针对诸如胃肠道疾病，感染和免疫状况之类的疾病开发新的诊断和治疗的方向发展。
原文
原文来源：DOI：10.1038 / s41587-018-0009-7
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