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Cell:新研究发现人类肠道中生活着超过14万种不同病毒

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爱医斯坦 2021-02-26 11:06

人体肠道是一个复杂的生态环境,除细菌外,还有数以万计的噬菌体病毒存在其中。

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噬菌体在调节肠道细菌中起着尤为重要的作用,而肠道细菌相反又对我们的身体健康产生普遍的影响。

现如今,科学家已经汇编了目前为止最全面的人类肠道噬菌体数据库。

在未来几年中,肠道噬菌体数据库将有利于表明噬菌体对人类身体健康的贡献。

在人类肠道中寄居的细菌,病毒和其他微生物群落称之为肠道菌群。

近些年,有关人类肠道微生物的科学研究已经成为一个热门的领域。科学家们也已经证实,肠道微生物群的失衡,会导致疾病和复杂的症状,如炎症、过敏、肥胖,甚至影响癌症和神经性疾病的发展和治疗。

科学家对肠道噬菌体的掌握很少,肠道噬菌体是捕食这些细菌的病毒,尽管它们对人的身体健康的影响可能同样深远。

除了调节肠道中不同细菌物种的种群规模外,噬菌体还通过在物种之间转移基因来驱动细菌的进化变化。

然而,人类肠道病毒的多样性,流行率及其对人类身体健康的影响仍然未知。

为了弥补这一知识空白,英国汉克斯顿的惠康桑格研究所和欧洲生物信息学研究所的科学家们建立了他们认为是世界上最全面的人类肠道噬菌体基因组的收藏。

集体遗传序列

他们在28,060个人类肠道“元基因组”中鉴定并分类了病毒DNA,这些基因是生活在个体内部的整个生物群落的集体遗传序列。元基因组来自世界各地。

他们还分析了分离和培养的人类肠道细菌的2898种不同菌株的基因组。

他们的肠道噬菌体数据库目前包含140,000多个不同的病毒基因组,其中一半以上以前是科学未知的。

团队分析的大多数样本来自身体健康个体。该小组确定的病毒主要使用DNA作为其遗传物质,与使用RNA的病原体(例如SARS-CoV-2或Zika)不同。

“重要的是要记住,并非所有病毒都是有害的,但它们代表了肠道生态系统的组成部分,”科学研究人员之一,欧洲生物信息学研究所和惠康桑格研究所的博士后亚历山大·阿尔梅达博士说。

他补充说:“看到我们的肠道中生活着多少未知物种,并试图揭开它们与人类身体健康之间的联系,真是令人着迷。”

该科学研究发表在《细胞》杂志上。

抗菌疗法

其他科学家将能够使用新数据库调查病毒如何影响“肠道微生物组”(肠道中所有微生物的集体基因组),从而影响人类身体健康。例如,它可能导致针对以致病性肠道细菌为目标的基于噬菌体的疗法的发展。

惠康桑格研究所的第一作者LuisF.Camarillo-Guerrero解释说:“高质量的病毒基因组为更好地理解病毒在肠道微生物组中的作用 铺平了道路,包括发现了新的治疗方法,例如来自噬菌体的抗菌剂。

该数据库是朝着识别肠道微生物组与个体的生活方式,年龄和疾病之间的关联性迈出的又一步。

《今日医学新闻》在2020年报道的一项研究发现,肠道中的病毒群落变化很大,并且可能对每个人来说都是独特的。

科学研究人员还发现,人类生活方式与全球不同地区人口的噬菌体肠道分布有关,而且,个体微生物组的细菌组成会影响肠道噬菌体的组成。

比如普氏菌科细菌(Prevotellaceaebacteria)在生活农村/传统生活方式的个体中更为丰富和普遍,而拟杆菌类细菌(Bacteroides)生活在城市/西方生活方式的个体中更为丰富和普遍。利用每个噬菌体的宿主分配数据,科学研究人员发现,非洲、南美和斐济元基因组样本中归属Prevotellaceae家族的比例明显高于北美、欧洲、亚洲和澳大利亚;相反拟杆菌噬菌体在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚的肠道微生物群中明显更普遍。

科学研究还显示,尽管大多数肠道噬菌体只能感染单个细菌,但约有36%的细菌可能感染许多不同的细菌。

这组作者说,这些普遍的口味可能使它们能够在人类肠道中远缘物种之间转移细菌基因。这可以促进进化适应通过微生物组的快速传播。

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