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科学家创建首个肠道病毒数据库 可鉴定出33000多个独特病毒种群

来源:可思数据 时间:2020-08-31

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肠道微生物组已成为过去几年研究的主要焦点,因为生活在消化系统中的数万亿微生物被发现在维持人类健康方面发挥着关键作用。我们肠道中的这些生物绝大多数是细菌,但肠道微生物组不仅仅是大量的细菌,它还包括寄生虫、真菌和病毒。

对这些其他微生物组“居民”进行编目并不容易。病毒与细菌不同,缺乏任何通用的基因组标记。事实上,任何地方从40%到90%的病毒基因组序列被称为“病毒暗物质”,这意味着它们不与任何已知的参考病毒序列对齐。

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因此,研究人员的第一步是汇编之前几十项研究的数据,研究人类肠道中的病毒。最终编制的数据集涵盖了跨越16个国家的近2000人。

“我们对已知病毒使用机器学习来帮助我们识别未知的病毒,”研究第一作者Ann Gregory解释说。“我们对我们能在肠道中看到多少类型的病毒感兴趣,我们通过我们能看到多少类型的基因组来确定,因为我们无法直观地看到病毒。”

该研究最终对33242个独特的病毒种群进行了编目,建立了一个新的、开源的参考资源,将其称为肠道病毒数据库。

为了建立新数据库的有效性,研究人员在数据中寻找模式。他们最初发现,肠道内病毒群(病毒的集合)的多样性随着年龄的增长而增加,但在65岁以后似乎有所减少。这种模式类似于在肠道细菌种群中看到的与年龄相关的多样性模式,但发现了一个明显的例外。在免疫系统功能失调的婴儿肠道中,似乎有显著的病毒多样性,但细菌多样性有限。

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“生态学的一般经验法则是,更高的多样性会导致更健康的生态系统,” Gregory说。“我们知道,更多的病毒和微生物的多样性通常与更健康的个体相关。而我们看到,更健康的个体往往具有更高的病毒多样性,这表明这些病毒可能正在潜在地做一些积极的事情,并具有有益的作用。”

这项新研究的另一个有趣的发现是,绝大多数被编目的病毒是噬菌体。这些病毒也被称为细菌噬菌体,是一种异常常见的病毒,它们附着在细菌上,并在细菌内复制。

该研究的资深作者Matthew Sullivan表示,噬菌体和肠道微生物组中的细菌之间存在一种共生关系,并表示新的肠道病毒数据库将成为任何研究人员计划基于调节肠道微生物组的治疗方法的重要工具。

“噬菌体是与我们一起生活并在我们身上生活的庞大的生物体相互关联网络的一部分,当广谱抗生素被用于对抗感染时,它们也会伤害我们的天然微生物组,”Sullivan解释说。“我们正在建立一个工具包,以扩展我们的理解和能力,利用噬菌体将受到干扰的微生物组调整回健康状态。”

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该研究为肠道微生物组增加了另一个复杂的层次。目前还不清楚这些病毒可能如何影响人类的总体健康,但研究人员指出,这项研究揭示了没有一个核心的病毒群是所有人类肠道共同的。

事实上,肠道病毒群的多样性是这样的,每个人的个体病毒群可能像他们的指纹一样独特。该研究的合著者Oliver Zablocki表示,这个全新的数据库是研究肠道病毒是否会导致人类疾病,或者它们是否只是受到疾病的影响的第一步。

“我认为这是鸡和蛋的问题,”Zablocki说。“我们看到了疾病,也看到了社区结构。是由于这个群落结构发生了疾病,还是疾病导致了我们看到的群落结构?这个标准化的数据集将使我们能够追求这些问题。”

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