科學家發現:每個人的腸道都有獨特的病毒“指紋”,年齡和種群影響其多樣性

Evelyn Zhang

根據首個收集人類消化系統病毒種群的綜合數據庫的研究,每個人的腸道病毒組成就像指紋一樣獨一無二。另外,一項對健康西方人腸道病毒的分析還表明,病毒類型多樣性在兒童和老年人之間的“高峰”和“低谷”反映了生命周期中細菌的變化。

事實上,科學家對病毒了解得越多,他們就越認為它們是人類生態系統的一部分——這表明病毒有可能代表一種新型藥物,可以對抗致病細菌,特別是那些對抗生素有抗藥性的細菌。更好地了解腸道環境中的病毒,甚至可以增進對一些病情最嚴重的新冠患者所經歷的胃腸道癥狀的了解。

康復2

由俄亥俄州立大學科學家開發的腸道病毒數據庫確認了存在于人類腸道中多達33242種獨特病毒。不過這并不值得警惕——因為大多數病毒不會引起疾病。

研究人員計劃定期更新開放存取數據庫。“我們已經建立了一個可靠的起點,來觀察腸道生物群在人類中的樣子,”該研究的合著者,俄亥俄州立大學微生物博士后研究員Olivier Zablocki說。“如果我們能確定這些保持我們健康的病毒的特征,我們或許就能利用這些信息設計出未來的治療方法,來治療那些無法用藥物治療的病原體。”

這項研究于8月24日發表在《細胞宿主與微生物》(Cell Host & Microbe)雜志上。

細菌

如今,談論腸道微生物群中的好細菌和壞細菌是司空見慣的事,但腸道中的病毒——以及任何地方的病毒——都很難被檢測到,因為它們的基因組不像細菌基因組那樣包含共同的特征基因序列。病毒的大量序列空間仍未被探索,因此常被稱為“暗物質”。

在這項研究中,研究人員從大約10年來32項研究的數據入手,這些研究對16個國家的1986名健康人和病人的腸道病毒進行了觀察。利用檢測病毒基因組的技術,該小組確定了超過33000種不同的病毒種群。

細菌

第一作者安·格雷戈里(Ann Gregory)在俄亥俄州立大學讀研究生時完成了這項工作,她說:“我們利用機器學習來整理對比已知病毒,并從中識別出未知病毒。”“我們對能在腸道中看到多少種病毒很感興趣,我們是通過能看到多少種基因組來確定的,因為我們無法直觀地看到病毒。”

他們的分析證實了一項小型研究的發現:盡管少數病毒群在某一人群中是相同的,但并不是所有人都有共同的腸道病毒核心群。

不過,研究人員們還是確定了一些趨勢。在健康的西方人個體中,年齡影響腸道病毒的多樣性——從童年到成年顯著增加,然后在65歲之后減少。這種模式與已知的腸道細菌多樣性的起起伏伏相吻合,但有一個例外:免疫系統不發達的嬰兒腸道內充滿了各種病毒,但細菌種類很少。

多樣性

生活在非西方國家的人腸道病毒的多樣性要高于西方人。格雷戈里說,其他研究表明,移居美國或其他西方國家的非西方個體失去了微生物群落多樣性,這表明飲食和環境造成了微生物差異。例如,科學家們在腸道中發現了一些完整的植物病毒——它們進入腸道的唯一途徑就是通過飲食。在分析的32項研究中,無論健康或生病的參與者都可以看到病毒多樣性的變化。

細菌

格雷戈里說:“生態學的一般經驗法則是,多樣性越高,生態系統就越健康。”“我們知道,病毒和微生物的多樣性通常與一個更健康的人有關。我們發現,健康的人感染病毒的多樣性更大,這表明這些病毒可能會做一些積極的事情,發揮有益的作用。”

幾乎所有的種群(97.7%)都是噬菌體,也就是感染細菌的病毒。病毒沒有宿主就沒有功能——它們在一個環境中漂移,直到感染另一個有機體,利用它的特性進行自我復制。研究最多的病毒會殺死宿主細胞,但在Gregory和Zablocki工作的俄亥俄州立大學實驗室的科學家們發現,越來越多的噬菌體型病毒會與宿主微生物共存,甚至產生有助于宿主細胞競爭和生存的基因。

該實驗室的負責人、資深研究作者馬修·沙利文(Matthew Sullivan)將目光投向了“噬菌體療法”(phage therapy)——這是一種有100年歷史的療法,即用噬菌體殺死耐抗生素的病原體或超級細菌。

“噬菌體是我們周圍龐大的生物體互聯網絡的一部分,當使用廣譜抗生素對抗感染,他們還會破壞我們的自然微生物,”沙利文說。“我們正在建設一個工具包,來衡量我們理解、使用噬菌體來調整干擾微生物,使其回到健康狀態的能力。

“重要的是,這樣的治療不僅要影響我們人類微生物組,但也在其他動物、植物和工程系統抗病原體和超級細菌。他們也可以為我們提供一個基礎可能不得不考慮的應對氣候變化的全球海洋。”

Matthew Sullivan教授幫助建立俄亥俄州立大學的跨學科研究合作。他最近和俄亥俄州立的新指導中心成立微生物科學也是傳染病研究所的微生物群落的程序。

Zablocki指出,關于病毒在腸道中的功能還有很多需要了解的,包括有益的和有害的。這項工作得到了俄亥俄超級計算機中心的支持,并得到了戈登和貝蒂摩爾基金會、美國國立衛生研究院和俄亥俄州立大學微生物科學中心的資助。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考來源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S193131282030456X?via%3Dihub

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200824131803.htm

http://www.sciencetimes.com/articles/27023/20200825/humans-unique-gut-virus-composition-fingerprint.htm

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