有史以来最大噬菌体被发现了

病毒感染细菌，就像流感病毒感染人类一样。

据加州大学伯克利分校的科学家们领导的一项最新研究显示，在人体肠道中发现了一些所谓的最大噬菌体，它们周期性地破坏细菌，就像季节性流感爆发使人体处于低谷一样。

这些“巨噬菌体”的基因组比普通噬菌体大10倍，比人类先前发现的任何噬菌体大两倍，它们只存在于食用非西方、高纤维、低脂肪饮食人的肠道中。

它们也在狒狒和猪的内脏中被发现，这表明噬菌体——携带影响人类健康的基因——能够在人和动物之间移动，可能传播疾病。

“众所周知，噬菌体携带引起疾病的基因和编码抗生素抗性的基因，”创新基因组研究所的微生物学计划领导者，加州大学伯克利分校地球和行星科学以及环境科学、政策和管理学教授Jill Banfield说。“巨噬菌体的运动及其宿主细菌的运动增加了疾病在动物和人类之间传播的可能性，而且巨噬菌体的这种能力要大得多。”

由于大多数生物学家不认为巨噬菌体是“活的”，它比细菌这样的生命体大，它们模糊了什么是“活的”和什么不是“活的”之间的区别。

“这些巨大的实体填补了我们所认为的非生命与生命之间的鸿沟，在某种意义上，它们被忽视了，”Banfield说。

Banfield和她的同事将这些发现发表在Nature Microbiology杂志上。

噬菌体和CRISPR

Banfield是宏基因组学测序的先驱，也就是说，同时对一个群落中所有生物体的所有基因进行测序。当她和她的同事们重建了群落中每种生物的基因组，她们经常会发现前所未有的微生物。通过对矿井径流、间歇性喷泉、人体肠道和地下深处的微生物群落进行探索，宏基因组测序发现了如此多的新微生物，以至于生命之树必须重新设计以适应这些微生物。

在这个过程中，她发现了噬菌体的许多基因。事实上，在一些细菌中发现的CRISPR簇是一个噬菌体基因组片段的储存库，细菌不断地提醒以前的噬菌体感染，使它们能够迅速抵御随后的同一噬菌体感染。加州大学伯克利分校和维也纳大学的科学家们将这些细菌动员来攻击和切割病毒入侵者的Cas9蛋白改造成为一种强有力的工具CRISPR-CAS9，使生物学发生了革命性的变化，并使基因治疗领域焕然一新。

在对孟加拉国人肠道细菌进行测序的同时，Banfield发现了这些巨噬菌体，这是由伦敦大学学院的合作者Joanne Santini领导的一项研究的一部分，旨在探索砷污染的水对肠道菌群的影响。她重新组装了它们的整个基因组，她发现它们比在其他微生物群中遇到的噬菌体平均体型大10倍。为了适应这些噬菌体膨胀的基因组，它们的外包装，称为衣壳，比其他已知噬菌体的衣壳都要大，直径可能在200到300纳米之间。

他们还在一种细菌Prevotella中发现了一个CRISPR片段，这种细菌含有巨噬菌体DNA片段，表明巨噬菌体主要捕食Prevotella菌。Prevotella菌在吃西餐的人中并不常见，因为他们的饮食含有大量的肉、脂肪和糖，而且经测序，西餐饮食人群比非西餐和“狩猎-采集”型饮食者的肠道微生物种群小。

Prevotella copri菌主要寄宿于摄入高纤维、低脂肪饮食人群，是Lak噬菌体的捕猎目标

据合作者Joanne Santini介绍，Prevotella菌也与上呼吸道感染有关，并且在牙周病中很普遍。这意味着新的巨噬菌体可能为Prevotella菌引起的感染开发新的基于噬菌体的治疗方法。

狩猎-采集型微生物群

根据发现所在地，孟加拉国laksam upazila地区，巨噬菌体被命名为“Lak噬菌体”。随后，第一作者Audra Devoto在坦桑尼亚狩猎采集者Hadza部落成员的肠道微生物群中、肯尼亚的两个不同狒狒社会群体中以及丹麦农场猪的肠道微生物群中，都发现了Lak噬菌体。

“与狒狒相比，猪体内的Lak噬菌体与人类的关系更为密切，因此这些噬菌体很可能在动物群中移动，”Banfield说。“我们怀疑Prevotella菌和Lak噬菌体是最近被狒狒获得的，因为狒狒对它们的抵抗力很小，而且它们在其中分布很广。”

众所周知，噬菌体携带的基因会加重许多人类疾病。例如，它们可以携带编码肉毒杆菌、霍乱和白喉毒素的基因，使感染这种细菌的人的症状更加恶化。Banfield的目标之一是观察噬菌体和它们在肠道中捕食的细菌的数量如何随着时间和饮食的变化而变化，以及这如何影响健康。

在对四个肠道微生物群进行取样的人中，研究小组发现，随着时间的推移，噬菌体和Prevotella菌的水平不断变化，这表明一个持续的循环，在这个循环中，不断上升的噬菌体数量减少了细菌数量，随后，噬菌体数量下降，使Prevotella菌能够反弹。

Banfield推测，巨噬菌体有更大的基因组，以产生必要的蛋白质，以防止细菌宿主干扰噬菌体的复制，获得更多自己的副本，这一过程需要更长的时间，因为需要复制的基因组更大。

Banfield在创新基因组研究所的实验室（创新基因组研究所是加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校联合组建，倡议广泛部署CRISPR-CAS9）正在通过其他宏基因组数据库搜索巨噬菌体，并希望了解更多关于它们如何工作以及它们是否含有有趣和潜在有用的蛋白质。

“这些基因组中充满了功能未知的蛋白质，可能参与迄今为止想象不到的生物过程。在新的基因组中许多新生物学知识有待发现，”Banfield说。

参考资料：

Megaphages infect Prevotella and variants are widespread in gut microbiomes