科學家首次揭示腸道噬菌體組與II型糖尿病的相關性

近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所（籌）研究團隊，在人體微生物組研究領域取得進展，相關研究成果以A Human Gut Phage Catalog correlates the Gut Phageome with Type 2 Diabetes為題，發表在Microbiome（《微生物組》）上，該研究首次證實了人體腸道噬菌體組和糖尿病的關聯性。

噬菌體是一類專一感染細菌的病毒，是地球上數量最高的生物體。它是人體腸道微生物組的重要組成部分，人體腸道內每克糞便含有的病毒顆粒物含量至少109個。腸道噬菌體的種類豐富、數量巨大，通過塑造腸道菌群結構，影響人體健康。目前人們對噬菌體的認識非常匱乏，噬菌體的繁殖嚴格依賴宿主菌，當前絕大多數腸道細菌和環境細菌難以獲得純培養。

研究人員首次利用已有的人體腸道微生物大數據，開發一系列生物信息學方法，挖掘其中的噬菌體基因組序列，鑒定大量的全新腸道噬菌體，揭示腸道噬菌體組的多樣性和新穎性。通過對這些噬菌體基因組序列的分析，科研人員發現這些噬菌體攜帶大量的功能基因，這些基因和宿主細菌在腸道環境中的生存適應性相關。

研究顯示，糖尿病患者的腸道細菌菌群組成變化和糖尿病有顯著的相關性。由於噬菌體-細菌之間是捕食者-被捕食者的關係，通常認為糖尿病人腸道菌群的變化會影響噬菌體的組成差異。但科研人員首次發現腸道噬菌體的數量在糖尿病患者腸道中的數量顯著高於對照組，經過進一步分析發現，腸道細菌和噬菌體之間存在複雜的關係網路，細菌與噬菌體之間不是簡單的「此消彼長」的關係。這一研究工作與近日其他實驗室發表在Cell上的工作，均暗示噬菌體-細菌-宿主兩兩之間存在著相互作用，這種關係或影響人體健康。解析這些關係將是該領域的研究熱點，合成生物學將為研究和利用這些關係提供新視角。

噬菌體被發現伊始便成為遺傳學和分子生物學上乃至合成生物學研究中重要的模式生物，世界上第一個合成生物體就是噬菌體。同時，噬菌體作為細菌的天敵，2014年被美國國立衛生研究院列為對抗耐葯菌武器之一。該研究提供了豐富的腸道噬菌體的信息，使科研人員可以通過合成生物學的方法改造腸道噬菌體，並為應用噬菌體干預腸道菌群預防和治療某些疾病提供了依據。

研究工作獲得了國家自然科學基金、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家高技術研究發展計劃（863計劃）、深圳市基礎研究學科布局以及深圳市孔雀團隊等的資助。

人體腸道噬菌體組的鑒定分析流程

專一感染擬桿菌的腸道噬菌體序列

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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