了解体内世界：研究揭示噬菌体-细菌相互作用的新见解

人类的微生物群落中栖息着一个微生物的世界。这个庞大的微生物群落，即微生物组，包括细菌和病毒，已经多次证明其在健康和疾病中发挥积极作用的能力。

研究人员已经了解到很多关于生活在人类微生物群落中的细菌群落的知识。例如，他们发现这些细菌可以广泛代谢我们吃的食物，推动免疫系统的正常发育，但在某些条件下，也包含一些可能引起疾病的条件致病微生物。

另一方面，微生物群落微生物组中的病毒对人体健康和疾病的影响尚未像细菌那样被充分了解。最近发表在《自然微生物学》杂志上的一项新研究改变了这一现状。

贝勒医学院的研究人员主导了一项项目，旨在调查特定的噬菌体（专门感染细菌但不感染人体细胞的病毒）是否会影响儿童早期1型糖尿病的发展。因为噬菌体对其感染的细菌施加压力，而一些噬菌体基因组编码毒力因子和毒素，因此特定噬菌体或噬菌体群落在人类健康中发挥作用似乎是合理的。

“我们认为噬菌体可以影响细菌的生存或行为，这反过来又可能影响人类健康，”第一作者、贝勒分子病毒学和微生物学助理教授Michael J. Tisza博士说。

目前的研究重新分析了作为“年轻人糖尿病环境决定因素（TEDDY）”研究的一部分收集的样本，目的是具体描述噬菌体-细菌群落的组合特征。TEDDY队列由有发展胰岛素产生细胞免疫力和/或1型糖尿病风险的儿童组成。以前的TEDDY研究调查了微生物群落细菌和人类病毒是否影响1型糖尿病的发展。虽然没有发现与微生物群落细菌的明确关联，但发现了与人类病毒的关联。

噬菌体研究具有挑战性

“噬菌体遗传数据已经存在一段时间了。我们了解到噬菌体基因组非常多样化，彼此之间几乎没有相似之处，而且非常小，这给分析带来了显著的技术挑战，”Tisza说。“我们通过开发一种新的计算工具来应对这一挑战，使我们能够分析噬菌体信号。”

“使用我们的新分析工具，我们在TEDDY研究的前四年期间对887名参与者的12,262个粪便样本中的噬菌体-细菌群落进行了剖析，”共同通讯作者、贝勒分子病毒学和微生物学助理教授Sara J. Javornik Cregeen博士说。“通过这种方法，我们解析了发育微生物群落中噬菌体和细菌群落组成的动态变化，获得了它们相互作用的新见解。”

研究人员发现，某些细菌在人类发育的不同阶段茁壮成长，在这项研究中同样观察到了噬菌体的情况。“然而，噬菌体群落的变化速度比细菌快，”Javornik Cregeen说。

“我们认为这表明细菌与其噬菌体之间存在一场进化军备竞赛，其中细菌通过获得突变来逃避噬菌体的捕食，从而为新的噬菌体感染细菌提供机会，”Tisza说。

关于1型糖尿病，研究团队在这个队列中没有发现任何与更大或更小风险相关的主要噬菌体或噬菌体群落。然而，这些发现仍然有助于改善对微生物组发展的认识，反映了噬菌体和细菌之间的动态相互作用。微生物组从细菌进入新生儿并开始定植微生物群落时开始发展。

随着孩子的成长，细菌物种的相继出现响应饮食变化和免疫系统的发展而变化。随着这种细菌的更替，噬菌体群落也发生了变化，反映了细菌的可用性。

“当我们多次分析生命早期的微生物组时，很明显每个参与者的微生物群落暴露于比细菌更多的不同噬菌体，这表明免疫系统可能暴露于比之前认为更多的病毒刺激，”Tisza说。

“我们希望我们的发现能更好地理解噬菌体-细菌相互作用，从而导致改进的疾病治疗方法，”Javornik Cregeen说。

“操纵微生物组继续成为治疗涉及免疫反应、心血管健康和脑功能等疾病的有前途的途径，”共同通讯作者、贝勒分子病毒学和微生物学系主任兼教授Joseph Petrosino博士说。Petrosino还是贝勒基因组学和微生物组研究中心主任、首席科学创新官，以及Dan L Duncan综合癌症中心成员。

“随着临床医生试图限制不必要的抗生素使用以对抗抗生素耐药性感染的上升，这类研究使噬菌体策略能够塑造微生物群落以改善健康和对抗传染病。”

研究人员有兴趣继续探索细菌和噬菌体之间的关系。例如，噬菌体如何影响细菌对如抗生素、饮食变化或引入新细菌等扰动的反应。通过评估发育儿童微生物群落的时间趋势，本研究为旨在利用微生物组及其成分的治疗和诊断方法奠定了基础。

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