科學家在人類腸道中鑑定出14萬種病毒，其中一半以上從未見過

近年來，有關人類腸道微生物的研究已經成為一個熱門領域。科學家們也已經證實，腸道微生物群的失衡，會導致疾病和複雜的症狀，如炎症性腸病、過敏、肥胖，甚至影響癌症和神經性疾病的發展和治療。

但說實話，科學家們今天對腸道細菌以及腸道病毒在人類健康和疾病中所起作用的了解，仍僅為冰山一角。

2021 年 2 月 18 日，頂級期刊《細胞（Cell）》發表重磅成果，來自維康桑格研究所 (Wellcome Sanger Institute) 和歐洲生物信息學研究所（EMBL-EBI）的研究人員，通過分析在世界不同地區收集的 28000 多個腸道微生物組樣本，在人類腸道內鑑定出超過 14 萬種病毒，而且其中一半以上我們以前從未見過 。

研究人員表示，他們發現的人類腸道病毒數量和多樣性高得驚人，這些數據為了解腸道病毒如何影響人類健康開闢了新的研究途徑。

EMBL-EBI 和維康桑格研究所博士後研究員 Alexandre Almeida 表示，「重要的是要記住，並非所有的病毒都是有害的，但它們是腸道生態系統不可或缺的組成部分。首先，我們發現的大多數病毒都有 DNA 作為遺傳物質，這與大家熟知的 RNA 病毒不同，如 SARS-CoV-2 或寨卡病毒；其次，這些樣本主要來自沒有共同疾病的健康個體。看到有多少未知物種生活在我們的腸道里，並試圖解開它們與人類健康之間的聯繫，是一件很有趣的事情。」

正如前文所說，人體內的微生物數量數以萬億計，如果想要鑑別出這些微生物的具體種類，就不是一件容易的事情。先前的分析技術，大多集中於解析度有限的病毒片段，以表征單個噬菌體基因組或將特定噬菌體與細菌宿主物種連接起來，很難鑑定出所有的病毒種類。

而近年來隨著基因測序技術的發展，出現了一種主要針對微生物群里的高通量技術 ——元基因組學（metagenomics）。元基因組學直接通過高通量測序手段，測取一個微生物生態環境的所有 DNA 序列，以此為基礎分析、鑑定出這個生態環境中的所有物種信息。

威康桑格研究所和歐洲生物信息學研究所的研究人員，就是通過元基因組學 DNA 高通量測序方法，分析了 28,060 個公共人類腸道元基因組，以及 2898 個從健康人類腸道培養的細菌分離基因組。

研究結果形成了一個包含 142809 個非冗餘噬菌體基因組的腸道噬菌體資料庫 (GPD)。通過對病毒物種的生物多樣性進行分類，研究人員確認了生活在人類腸道內的 14 萬多種病毒，其中一半以上以前從未見過。

在發現的數以萬計的病毒中，研究人員還發現了一個新的高度流行的進化分支 —— 一組被認為有共同祖先的病毒，研究人員將其稱為 Gubaphage。這是人類腸道中被發現的第二個高度流行的病毒進化分支，僅次於 2014 年發現的 crAssphage 病毒。

為了進一步提高數據集的質量，研究人員還設計了一種機器學習方法來過濾汙染物影響。

研究論文的第一作者、維康桑格研究所 Luis F. Camarillo-Guerrero 博士說，「我們工作的一個重要方面，是確保重建的病毒基因組是最高質量的，嚴格的質量控制流程和機器學習方法使我們能夠減輕汙染並獲得高度完整的病毒基因組。高質量的病毒基因組為更好地理解病毒在我們腸道微生物群中扮演的角色鋪平了道路，包括發現新的治療方法，如從噬菌體作為入口的抗菌素。」

此外，研究人員還發現，人類生活方式與全球不同地區人口的噬菌體腸道分布有關，而且，個體微生物組的細菌組成會影響腸道噬菌體的組成。

比如，普氏菌科細菌（Prevotellaceae bacteria）在生活在農村 / 傳統生活方式的個體中更為豐富和普遍，而擬桿菌類細菌（Bacteroides）在生活在城市 / 西方生活方式的個體中更為豐富和普遍。利用每個噬菌體的宿主分配數據，研究人員發現，非洲、南美和斐濟元基因組樣本中歸屬 Prevotellaceae 家族的比例明顯高於北美、歐洲、亞洲和澳大利亞；相反，擬桿菌噬菌體在北美、歐洲、亞洲和澳大利亞的腸道微生物群中明顯更普遍。

研究人員在論文中表示，該集合代表了迄今為止最全面和完整的人類腸道噬菌體基因組集合，並與其它已發表的腸道噬菌體資料庫互補。

更重要的是，建立一個全面的高質量噬菌體基因組資料庫，為大量的人類腸道病毒組分析鋪平了道路。對於研究噬菌體及其在調節腸道細菌和我們自身健康方面的作用的科學家來說，這將是一個寶貴的資源。

這項研究論文的通訊作者、來自維康桑格研究所的 Trevor Lawley 博士表示，「目前，噬菌體研究正在復興。這種高質量、大規模的人類腸道病毒目錄來得正是時候，可以作為未來病毒組研究中生態和進化分析的藍圖。」