人的肠道是一个巨大的微生物库，有上万亿的病毒生活在我们的胃肠道中，但迄今为止肠道病毒组的特征仍不清楚。病毒基因组非常小，大约相当于细菌基因组的1％。由于人类肠道中病毒丰度的限制，粪便微生物组的宏基因组测序数据往往只能产生很小部分的病毒序列用于进一步分析。最近几年，由于病毒样颗粒（virus-like particle，VLP）富集和下一代测序技术的快速发展，为全面表征肠道病毒组提供了条件。基于此，本研究发现了大量肠道病毒，主要由两类噬菌体组成，即双链DNA Caudovirales和单链DNA Microviridae，它们的相对丰度占人肠道病毒种群的80％。crAssphage和crAss-like phages是典型的感染Bacteroides的Caudovirales成员，是健康人肠道中最丰富的种类。除了噬菌体，真核病毒，古细菌和RNA病毒也是肠道病毒的重要组成部分。前人已有报道结肠直肠癌、炎症性肠病、I型糖尿病和冠心病等疾病的发生都会引起肠道病毒组改变。饮食，身体状态和环境因素的变化，也能使肠道病毒的组成呈现高度差异化。本研究从宿主遗传角度—种族来源，对肠道病毒组的差异进行解析。由南京中医药大学，大连医科大学，深圳倍森基因研究所等单位共同完成的文章“Characterization of the gut DNA and RNA viromesin a cohort of Chinese residents and visiting Pakistanis”发表于Virus Evolution。
总体上，本研究着重于中国和巴基斯坦人的肠道病毒的比较，包括：DNA病毒组的表征；RNA病毒组的表征；DNA病毒组和RNA病毒组之间的相关性；肠道菌群和病毒群体的相关性。
有研究表明种族来源和居住环境对个人肠道菌群的影响可以忽略不计。为了将这一发现扩展到肠道病毒，我们的研究集中于一群中国人和来访巴基斯坦人的病毒组。尽管居住环境相同，但中国人和巴基斯坦人的病毒多样性和组成却有很大差异，这表明，具有特定种族特征的病毒可以长期维持。该结果与早期研究一致，之前的研究表明肠道病毒的个体特征在至少一年内可以保持相对稳定。
使用全新的组装和分析方法，我们从受试者的粪便样本中鉴定出大量病毒，包括大约55,000种非冗余的完整和部分DNA病毒基因组和569种非冗余的RNA病毒，尤其是DNA病毒的vOTUs数量与RefSeq数据库中分离的病毒序列相比，其病毒数量是原来的8倍。大多数病毒甚至在病毒科水平都未得到分类，这与先前的研究在多种环境及人类肠道中发现了广泛的新病毒一致。
中国成年人DNA病毒的宏观多样性低于巴基斯坦成年人，而在细菌群落的多样性中观察到相反的现象。这个结果与美国成年人的检测结果相矛盾，后者在肠道病毒和微生物组多样性之间显示出很强的相关性。由于大多数DNA病毒是噬菌体（在本研究中，已确认至少7.2％的DNA病毒存在细菌宿主），细菌微生物组驱动病毒多样性的程度相当可观。巴基斯坦成年人体内高DNA病毒多样性的解释尚不清楚，但有人推测其原因是肠道中富含某些真核病毒。与DNA病毒相反，中国成年人的RNA病毒多样性高于巴基斯坦成年人。该结果可能是由于两者之间饮食习惯的差异，因为在我们的研究中，肠道RNA病毒通常是与植物相关的病毒。
在中国居民和来访的巴基斯坦人之间，我们发现DNA和RNA病毒组存在明显差异，同样的差异也出现在肠道菌群中。在DNA病毒组中，巴基斯坦成年人肠道中Adenoviridae和Anelloviridae两个真核病毒科的丰度较高。Adenoviridae成员是可以引起呼吸道感染，肠胃炎和多器官疾病最常见的相关病毒，而Anelloviridae的某些成员也与人类病毒感染有关。Adenoviridae病毒在巴基斯坦儿童的肠道中也有较高丰度，但在中国儿童中的确很少见，这表明这种病毒有可能从巴基斯坦父母那里传播给他们的后代。在RNA病毒中，Virgaviridae病毒科在巴基斯坦人中具有较高丰度，而与植物相关的其他一些则丰度较低，我们认为这一发现与两国人之间饮食习惯的差异有关。例如，巴基斯坦成年人中Shallot latent virus的含量高于中国成年人，因为青葱（例如洋葱，韭菜）在学校食堂的清真食品中普遍使用，但很少出现在中国食品中。此外，巴基斯坦成人富含Picornaviridae病毒科的某些成员，包括Picornavirales Tottori-HG2、Enterovirus C、Cosavirus A和 Astroviridaewere，这些众所周知的人肠病毒会引起腹泻和肠道感染。在细菌微生物组中，中国人和巴基斯坦人具有不同的肠道型，在中国人肠道中占据高比例的是Bacteroides/Firmicutes-type（与富含动物碳水化合物的饮食有关）和较低比例的Prevotella-type（与高纤维植物饮食有关）。综合这些发现，饮食习惯可能是塑造肠道RNA病毒和细菌微生物组的关键驱动力。当然，未来还需要更多的研究验证。
经分析，我们有一个有意思的发现，与中国和巴基斯坦成年人之间的差异程度相比，巴基斯坦儿童的DNA病毒组更接近中国人。在RNA病毒和菌群中也观察到这种现象。这些发现表明，尽管巴基斯坦成年人生活在中国的时间似乎更长一些，但儿童的病毒和微生物组却比成年人更容易受到影响而改变。根据先前的研究，在环境，饮食模式和抗生素使用这些因素的影响下，婴儿或儿童菌群变得不稳定。此外，最近的研究也证实了婴儿肠道病毒向更稳定的成人样肠道病毒的动态发展。
我们通过鉴定超过53,000个带有KEGG注释的蛋白质编码基因来表征肠道病毒的功能能力。与DNA病毒组成的结果不同，中国成年人显示出比巴基斯坦成年人更多的驱动的功能图谱，这主要是因为中国成年人中与代谢相关的基因更多。除了一般功能外，我们还从所有DNA病毒中鉴定了超过11,000个碳水化合物活性酶和37个抗生素抗性基因。据我们所知，本研究首次发现肠道病毒中广泛存在碳水化合物活性酶。在海洋和土壤生态系统中，病毒对复杂碳降解的潜在贡献已经被证实。因此，我们的发现进一步强调了病毒糖代谢能力在人体肠道中的重要性。此外，与以前的研究一致，病毒编码的ARGs也与人类健康直接相关。
人肠中不仅只有噬菌体可以影响菌群结构，游离的病毒也可以影响菌群结构，因此间接影响健康状况。我们的研究确认了病毒与细菌宿主之间的显着联系，包括先前已知的寄生关系（例如crAss-like phages和Bacteroidetes成员）以及许多新的联系。值得注意的是，巴基斯坦占主导地位的Prevotella感染了最多数量的病毒，并在病毒组成中造成了很大的差异，先前的研究表明Prevotella的高丰度会导致温和噬菌体的丰度增高并增加了病毒的宏观多样性。另一方面，我们还从统计学上揭示了肠道病毒也是菌群的重要决定因素。
当所有研究对象居住在同一环境时，我们只能研究国籍对其肠道病毒的影响。未来的研究如果想证实了环境对肠道病毒的影响，就需要通过从来访的巴基斯坦人到达中国之前或从其他巴基斯坦当地居民那里收集样品。本次研究的其他局限性包括：1）样本量相对较小；2）个人缺乏纵向样本；3）病毒参考数据库不足。这些限制并没有影响当前研究结果的稳定性，但是在更广泛的人群中进行的后续研究仍将弥补当前研究的不足之处，并提供更多的新发现。
总之，我们系统地描述了中国人和来访巴基斯坦人的肠道肠道病毒，并证明了国家背景是肠道病毒差异的主要因素。尚不清楚两个人群之间差异的潜在机制，但这表明在未来设计病毒组学的研究时须考虑种族因素。