每个人的肠道都有一套病毒“指纹”

来源：科研圈、俄亥俄州立大学

图片来源：Pixabay

撰文 Emily Caldwell

翻译 阿金

审校 戚译引

一项最新研究首次汇总了人类消化系统中病毒种群的综合数据库，表明每个人的肠道病毒组成独一无二，犹如指纹一般。对健康西方人肠道内病毒的分析还显示，儿童和老年人之间病毒类型多样性的低谷和巅峰反映了人一生中肠道细菌的变化。

美国俄亥俄州立大学（Ohio State University）科学家所研发的肠道病毒组数据库（Gut Virome Database）识别出 33242 种人类肠道中独有的病毒种群。像人类肠道中这样的病毒集合称作病毒组（virome）。这并非是什么警钟：大部分病毒并不致病。

事实上，科学家越了解这些病毒，就越将其视作人类生态系统的一部分；病毒被认为有潜力成为一类对抗致病菌的药物，尤其是那些对抗生素有耐药性的细菌。更好地了解肠道环境内的病毒甚至能加深我们对一些新冠肺炎重症患者经历的胃肠道症状的理解。

研究人员计划定期更新这一公开获取数据库。

“我们已建立了一个可靠的出发点，以看清人类体内的病毒组。”该研究的共同作者 Olivier Zablocki 讲道，他是俄亥俄州立大学微生物学博士后研究员。“如果我们能够表征维持我们身体健康的病毒，未来我们就可利用这一信息设计疗法，来应对那些无法用药物治疗的病原体感染。”

该研究于 2020 年 8 月 24 日发表在《细胞-宿主和微生物》（Cell Host &Microbe）杂志上。

近年来对于肠道微生物组的利弊已经有了大量的讨论，但肠道以及体内各处的病毒难以检测，因为它们的基因组不包含细菌基因组测序中常见的特征序列。病毒序列还有广大的未探索空间，科学家常将其比喻为“暗物质”。

为了展开此项研究，研究人员从分析近十年的 32 项研究数据开始，这些数据覆盖了来自 16 个国家、共 1986 名健康和患病人口的肠道病毒。使用病毒基因组探测技术，团队识别出超过  3.3 万个不同的病毒种群。

“我们使用已知的病毒训练机器学习，以帮助我们识别出未知的病毒。”论文的第一作者 Ann Gregory 如此说道，在完成此研究的时候她还是俄亥俄州立大学的研究生。“我们很有兴趣知道能在肠道中看到多少种类的病毒，既然我们无法‘看’清病毒，那么我们就通过已经看到的基因组类型来确认。”

他们的分析还证实了一些小型研究的发现，这些研究表明，尽管一小部分人共享少数病毒种群，但并不存在全人类共有的核心肠道病毒组。

然而，研究人员还是发现了一些趋势。在健康的西方人体内，年龄会影响肠道病毒多样性，从儿童期至成年期多样性大量增长，到 65 岁之后下降。这一模式符合人们已知的肠道细菌多样性变化趋势，只有一个例外：免疫系统未发育完全的婴儿肠道内满是各种病毒，而细菌多样性却很低。

与西方人相比，生活在非西方国家的人体内拥有更高水平的肠道病毒多样性。Gregory 说，其他研究也发现非西方人口搬到美国或者其他西方国家生活后，他们体内的微生物组多样性会下降，表明饮食和环境会驱动病毒组差异。（例如，科学家在肠道中发现了一些完整的植物病毒，它们进入肠道的唯一方法就是饮食。）在已分析的 32 项研究中，病毒多样性的差异还体现在健康和患病的参与者体内。

“生态学的一条通用法则是，更高的多样性产生更健康的生态系统。”Gregory 说，“我们知道，更多样性的病毒和微生物通常与更健康的个体相关联。而且我们也看到，更健康的个体趋向于拥有更多样的病毒，由此表明，这些病毒可能产生一些潜在的积极效果，发挥有益作用。”

几乎所有的病毒种群（97.7%）都是噬菌体，一种感染细菌的病毒。没有宿主，病毒无法发挥功能，它们在环境中游荡，直到感染另一有机体，利用其特性来复制自身。大部分人类研究过的病毒会杀死自己的宿主细胞，但是，Gregory 和 Zablocki 工作的俄亥俄州立大学实验室科学家发现了越来越多这样的噬菌体类病毒，它们会和自己的宿主微生物共生，甚至制造基因帮助宿主细胞竞争存活。

该实验室的领导，也是该研究的资深作者 Matthew Sulliva 对“噬菌体疗法”有自己的见解。这种治疗思路已存在一百年了，即使用噬菌体杀死抗生素耐受型病原体或者超级病毒。

“噬菌体是生物体庞大的相互关联网络的一部分，和我们共存，也靠我们生存，当我们使用广谱抗生素对抗感染时，它们也在伤害我们的天然微生物组。”Suillivan 说，“我们正在构建一套工具包，来扩展我们的理解，强化我们的能力，帮助我们使用噬菌体调节乱成一团的微生物组，让它们回归健康状态。”

“重要的是，这样的疗法不仅会影响我们人类的微生物组，还会影响其他动物、植物以及用于对抗病原体和超级细菌的生物工程改造系统。它们能提供根基，协助我们考虑如何在全球海洋中对抗气候变化的问题。”

作为一名微生物学教授和土木、环境和大地测量工程学教授，Sullivan 已经协助建立校内的跨学科研究合作。最近，他成立并领导俄亥俄州立大学的微生物组学科学中心，同时共同领导传染病研究所的微生物群落项目。

Zablocki 提到，目前有关肠道内病毒的功能，包括有益和有害功能，还有很多方面需要了解。

“我觉得这是先有鸡还是蛋的问题。”他说，“我们研究疾病，也研究群落结构。究竟是群落结构引发疾病，还是疾病导致群落结构变化？这一标准化的数据库将帮助我们追寻这些问题的答案。”