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  来源:原理

  肠道微生物群是一个非常复杂的微生物生态系统。近年来,我们对人类的肠道微生物群产生了越来越浓厚的兴趣。这些微生物除了能帮助我们消化食物,还在人类的健康和发育中都起到了非常重要的作用。比如它们能保护我们免受致病菌的侵害,调节我们的心理健康,在我们的孩童时期为我们的免疫系统做好准备,并在成年后一直发挥免疫调节的作用。

  然而,一个经常被忽视的事实是,病毒在肠道微生物组中有着非常丰富的含量,并且它们与人类的多种疾病息息相关。最近,一项于发表在《自然-微生物学》杂志上的新研究通过分析人类粪便,确认了5万多种生活在人类肠道中的病毒

  当说起病毒时,我们大多时候联想到的都会是那些能感染细胞的微生物,如腮腺病毒、麻疹病毒或仍在肆虐的SARS-CoV-2。在新研究中,研究人员采用了一种被称为宏基因组学的方法来获得肠道微生物的基因蓝图。这种技术可以直接从环境中直接提取DNA,并对其随机排序,让我们对环境中存在的东西和它们可能正在做什么有一个大致的了解。

  利用这种技术,他们挖掘了11,810个公开的来自24个不同国家的人身上的粪便宏基因组,对其中代表着54118个不同的病毒种类的189,680个病毒基因组进行了测序。结果发现,在如此众多的病毒中,有92%都是未知的,它们总共能编码超过45万种不同的蛋白质。另外,他们还发现在这些病毒中,有超过75%的是噬菌体噬菌体是一些可以“吃掉”细菌,而不攻击人体细胞的病毒。换句话说,在我们的肠道中,还有大量的病毒是以生活在那里的其他微生物为目标的。

  他们还发现这些噬菌体的一个最常见功能是多样性生成逆转录元件(DGR)这是一类能使特定目标基因发生突变,以产生有利于宿主的变异的遗传因子。有意思的是,研究人员发现有1/3的最常见病毒所编码的蛋白质具有未知的功能,包括超过11000个与能使细菌对青霉素等抗生素产生耐药性的β -内酰胺酶相关的基因。

  确定了噬菌体后,研究人员接着将它们与它们的微生物宿主连接起来。CRISPR以其在基因编辑中的许多应用而闻名,它自身就是一种细菌免疫系统,可以“记住”过去的病毒感染,并防止它们再次发生。它们通过复制入侵病毒的片段并将其存储到自己的基因组中,然后利用这些片段,它们就能当在未来遭遇这些病毒的攻击时而对其进行精准摧毁。

  利用过去的一些攻击记录,研究人员将许多病毒序列与它们在肠道生态系统中的宿主联系了起来,并得到了意料之中的结果,肠道中丰富的病毒种类与丰富的细菌种类有关,大部分都属于厚壁菌门和拟杆菌门。

  在深入调查了这些病毒的亚种后,研究人员发现一些病毒根据粪便样本所来自的国家显示出了惊人的地理性分布。比如一种被描述于2014年的名为crAssphage的病毒亚种就在亚洲非常普遍,但在欧洲和北美的样本中则很少见或根本不存在。研究人员推测,这种情况可能是由这些病毒在特定人群中的局部扩张而导致的。

  那么这些新的信息能给我们带来什么启示呢?肠道病毒及其宿主的一个很有前景的应用是噬菌体疗法。噬菌体疗法是一个早在抗生素出现之前就已经存在的古老概念,在这个概念中,病毒被用来有选择性地攻击细菌病原体来治疗感染。

  一直以来,科学家常常讨论通过饮食干预、益生菌、益生元甚至“粪便菌群移植”来修改人们的肠道微生物群,以改善个人健康。噬菌体疗法或许是对这一目标的一个有效补充,它能通过增加物种甚至亚种水平的微生物组来进行精确的操控。噬菌体疗法还可以对肠道中的一些非致病菌种群进行更精细的控制。肠道病毒的完整概要是实现这些应用目标的第一步。

  然而,值得强调的是,虽然人类的肠道是目前地球上被研究得最为充分的微生物生态系统。但在那里生活的70%以上的微生物物种还没有在实验室中培育生长过。新的数据预测表明,研究人员只调查了肠道病毒多样性的一小部分。要对人体肠道中的所有微生物进行分类和分离,我们还有一段很长的路要走。

  #创作团队:

  撰文:

  Philip Hugenholtz(昆士兰大学微生物学教授)


新闻来源:新浪