人类粪便中新发现5万多种病毒，其中92%未知-盎真小谈

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图片来源：Planet Earth from flickr, CC BY-NC-ND 2.0

撰文：Philip Hugenholtz（昆士兰大学微生物学教授）Soo Jen Low（昆士兰大学博士后研究员）

肠道菌群是一个非常复杂的微生物生态系统。近年来，我们对人类肠道微生物群越来越感兴趣。除了帮助我们消化食物外，这些微生物对人类的健康和发育也起着非常重要的作用。例如，它们可以保护我们免受病原菌的侵害，调节我们的心理健康，在我们童年时期为我们的免疫系统做好准备，并在成年期继续发挥免疫调节作用。

然而，一个经常被忽视的事实是，肠道微生物群中的病毒非常丰富，它们与许多人类疾病密切相关。最近，发表在《自然微生物学》杂志上的一项新研究通过分析人类粪便确定了超过 50,000 种生活在人类肠道中的病毒。

说到病毒，大多数时候我们会想到可以感染细胞的微生物，比如腮腺炎病毒、麻疹病毒或仍在肆虐的SARS-CoV-2。在这项新研究中，研究人员使用一种称为宏基因组学的方法来获得肠道微生物的遗传蓝图。这种技术可以直接从环境中直接提取 DNA，并对其进行随机排序，让我们大致了解环境中存在什么以及它们可能在做什么。

使用这项技术，他们从来自 24 个不同国家的人中发掘了 11,810 个公共粪便宏基因组学，并对代表 54118 种不同病毒类型的 189,680 个病毒基因组进行了测序。事实证明，这么多病毒中有 92% 是未知的，它们总共可以编码超过 450,000 种不同的蛋白质。此外，他们还发现，这些病毒中有75%以上是噬菌体。噬菌体是一种可以“吃掉”细菌而不攻击人体细胞的病毒。换句话说，在我们的肠道中，存在着大量针对生活在那里的其他微生物的病毒。

他们还发现，这些噬菌体最常见的功能之一是使逆转录元件 (DGR) 的产生多样化，这是一种遗传因子，可以使特定的靶基因发生突变，从而产生对宿主有益的突变。有趣的是，研究人员发现，最常见的病毒中有 1/3 编码功能未知的蛋白质，其中包括 11,000 多个与 β-内酰胺酶相关的基因，这些基因可以使细菌对青霉素等抗生素产生抗药性。

确认的在细菌之后，研究人员将它们与微生物宿主联系起来。 CRISPR 以其在基因编辑中的许多应用而闻名。它本身是一种细菌免疫系统，可以“记住”过去的病毒感染并防止它们再次发生。他们复制入侵病毒的片段并将其存储在它们的基因组中，然后在将来受到这些病毒的攻击时利用这些片段准确地摧毁它们。

研究人员利用过去的一些攻击记录，将许多病毒序列与肠道生态系统中的宿主联系起来，得到了预期的结果。肠道内有丰富的病毒种类和丰富的细菌。该种有亲缘关系，大部分属于厚壁菌门和拟杆菌门。

在对这些病毒的亚种进行深入调查后，研究人员发现，根据粪便样本的来源国，一些病毒显示出惊人的地理分布。例如，2014 年描述的一种名为 crAssphage 的病毒亚种在亚洲很常见，但在欧洲和北美的样本中很少见或不存在。研究人员推测，这种情况可能是由于这些病毒在特定人群中的局部扩张所致。

那么这些新的信息能给我们带来什么启示呢？肠道病毒及其宿主的一个有前景的应用是噬菌体疗法。噬菌体疗法是一个古老的概念，早在抗生素出现之前就存在了。在这个概念中，病毒用于选择性攻击细菌病原体以治疗感染。

长期以来，科学家们经常讨论如何通过饮食干预、益生菌、益生元甚至“粪便菌群移植”来改变人们的肠道菌群，以改善个人健康。噬菌体疗法可能是实现这一目标的有效补充。它可以通过增加物种甚至亚种水平的微生物组来精确控制。噬菌体疗法还可以更精细地控制肠道中的一些非致病菌群。肠道病毒的完整摘要是实现这些应用目标的第一步。

然而，值得强调的是，虽然人类肠道是目前地球上研究最充分的微生物生态系统。但生活在那里的微生物物种中有超过 70% 没有在实验室中培养和生长。新的数据预测表明，研究人员只调查了肠道病毒多样性的一小部分。要对人体肠道中的所有微生物进行分类和分离，我们还有很长的路要走。

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