深入了解体内世界：研究揭示噬菌体-细菌相互作用对肠道微生物群的新见解

人体内每个个体的微生物群落中都住着一个庞大的微生物世界。这个巨大的微生物群落，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的积极作用。

研究人员已经了解到许多关于生活在人类微生物群落中的细菌群落的知识。例如，他们发现这些细菌会广泛代谢我们吃的食物，推动免疫系统的正常发育，并且在某些条件下，包括一些可能引起疾病的条件致病微生物。

另一方面，微生物群落微生物群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。一项发表在《自然微生物学》上的新研究改变了这一现状。

贝勒医学院的研究人员领导了一项项目，旨在调查特定的噬菌体（专门感染细菌但不感染人类细胞的病毒）是否会影响年轻儿童1型糖尿病的发展。由于噬菌体对其感染的细菌施加压力，且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的作用似乎是合理的。

“我们认为噬菌体可以影响细菌的生存或行为，这反过来可能会影响人类健康，”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《年轻糖尿病环境决定因素研究》（TEDDY研究）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研究表明，微生物群落细菌和人类病毒是否影响1型糖尿病的发展。虽然他们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，这些特点给它们的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887名参与者生命最初的四年中，对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，我们剖析了发育中微生物群落中噬菌体和细菌群落组成的动态变化，并获得了它们相互作用的新见解。”

研究人员发现，某些细菌在不同的发展阶段中茁壮成长，噬菌体在本研究中也观察到了类似的现象。“然而，噬菌体群落的变化速度比细菌更快，”Javornik Cregeen说。

“我们认为这表明细菌和噬菌体之间存在一场军备竞赛，其中细菌进化获得突变，使其能够逃脱噬菌体的捕食，然后这为新的噬菌体感染细菌提供了机会，”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主要的噬菌体或噬菌体群落与该疾病风险增加或减少之间的联系。尽管如此，这些发现仍然有助于改善对微生物群发展的认识，反映出噬菌体和细菌之间的动态相互作用。微生物群从新生婴儿开始发展，随着细菌种类进入新生儿并开始定植微生物群落而启动。随着孩子的成长，细菌种类的更替响应于饮食变化和免疫系统的发展。随着这种细菌更替，噬菌体群落也随之变化，反映了细菌的可用性。

“随着我们在生命的最初几年多次分析微生物群，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将有助于更好地理解噬菌体-细菌相互作用，从而改进疾病治疗的方法，”Javornik Cregeen说。

“操纵微生物群继续成为治疗涉及免疫反应、心血管健康和脑功能等多种疾病的有前途途径，”共同通讯作者、贝勒分子病毒学和微生物学系主任兼教授、贝勒基因组学和微生物研究中心主任Joseph Petrosino博士补充道。Petrosino还是贝勒首席科学创新官和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作为对抗抗生素耐药性感染的主要手段，像这样的研究使得基于噬菌体的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干扰（如抗生素、饮食改变或引入新细菌）的反应。

通过评估发育中儿童微生物群落的时间趋势，本研究为旨在利用微生物群及其成分的治疗和诊断方法奠定了基础。

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