我肚子里住着奇怪的居民?3354肠道病毒组

我的肚子里住了千奇百怪的居民?——肠内病毒群 讲到高生物多样

说到生物多样性高的生态系统,很多人会想到雨林。但是,要想找到一个物种种类繁多的生态系统,不一定要大老远跑到雨林里,只要看看你的肠道就行了,肠道环境中还有一个由很多肠道微生物组成的复杂生态系统。说到肠道微生物,最广为人知的就是肠道细菌,但既然是生态系统,必然有肠道细菌的天敌。

最近发表在《自然微生物学》上的研究指出,除了肠道细菌之外,还有大量的病毒——噬菌体感染我们肠道中的细菌,而这些噬菌体大多是新品种(Nayfachet等人,2021)。

图/WIKIPEDIA

肠道微生物群

人体肠道内栖息着许多微生物,包括细菌、真菌和病毒。这些微生物的种类和数量非常多。单看细菌,肠道内有上千种细菌,细胞总数可达100亿个。这种数量庞大、种类繁多的微生物在我们的肠道内构建了一个极其复杂的生态系统,这个生态系统也与我们的健康密切相关(Nayfachet等人,20201)。

起初,人们以为肠道微生物的功能只是帮助消化食物。但最近发现,肠道微生物对人体有着深远的影响,从免疫、消化到神经等。这些都会受到肠道微生物的影响。在免疫部分,肠道内的益生菌不仅能抑制坏菌的生长,还能分泌细胞因子帮助免疫细胞识别和消灭坏菌。消化部分,肠道细菌不仅可以产生一些人体需要的维生素,还可以帮助代谢一些我们无法消化的物质;神经系统的影响更有趣。我们的大脑与肠道有着密切的联系,这种联系被称为“肠脑轴”。最近发现,肠道细菌可以通过交感神经与大脑沟通,进而影响人的行为和情绪。总之,随着对肠道细菌的研究越来越多,人们发现它们对人体健康是如此重要。

人体内细菌示意图。图/Pixabay目前科学家对肠道微生物中“细菌”的研究最多,但如前所述,肠道是一个复杂的生态系统,不仅仅只有细菌。事实上,有大量的病毒栖息在我们的肠道中,这些病毒可能与我们的健康密切相关。因此,最近发表在《自然微生物学》上的研究利用全基因组学[注1]对肠道病毒进行大规模测序分析,希望能更多地了解我们身体中这些奇怪的“邻居”(Lynchet al .2016)。

010年至1010年,研究团队首先从全基因组公共数据库中选取了11810份人类粪便样本的测序结果,这些样本来自61项不同的研究,其中样本包括来自24个不同国家的人,研究对象包括各种年龄、生活方式和疾病状态。

在对这些通用基因组数据进行初步分析后,研究人员找出了189680个病毒相关的基因组,进一步分析表明,这些基因组涉及54118个病毒。在与所有病毒数据库进行比较后,他们发现这些病毒中有92%是新物种,这些病毒可以编码超过45万种不同的蛋白质。

此外,研究人员还发现,在这5万种病毒中,75%以上是噬菌体,这与人类肠道基因组学此前的许多研究结果一致。然而,这一结果并没有让研究团队感到意外。毕竟噬菌体是一种专门感染细菌的病毒。作为细菌的天敌,出现在大量细菌生存的肠道生态系统中是很正常的。

典型的噬菌体结构。图/维基百科在知道大部分病毒都是噬菌体后,研究团队接下来想知道这些噬菌体的主要猎物是什么细菌?他们的分析方法是将细菌中的CRISPR序列与噬菌体的DNA序列进行对比。

除了细菌,肠道内也充满着的病毒

CRISPR是细菌的免疫机制,可以记住曾经入侵的噬菌体。当噬菌体入侵细菌时,它会将自身的DNA注入细菌体内,占据细菌的生化工厂进行大量复制。当复制完成后,一些凶猛的噬菌体会把细菌打碎,让它们快速扩散出去!

但是,一些细菌会选择一个噬菌体的DNA序列,并将其插入到它们的CRISPR序列中,以记录这个噬菌体的特征。当噬菌体复发时,细菌可以利用CRISPR序列快速识别并破坏噬菌体的DNA,提高其存活率。

CRISPR操作原理图。图/

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