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腸道包含著大量的微生物，它們棲息于不同的生態位，在彼此以及與人類細胞之間形成復雜的相互作用網絡。除了細菌之外，數十萬種被稱為噬菌體的病毒也生活在那里，它們依靠感染細菌延續自身，研究人員認為，并非所有病毒都是有害的，而是腸道生態系統的一個組成部分。
主要結論 01 構建腸道噬菌體數據庫（GPD） 本研究針對來自全球的28060份宏基因組和2898個腸道細菌基因組數據分析其中噬菌體序列，利用VirFinder和VirSorter篩選到4500萬個contig，通過“machine-learning approach”過濾可移動遺傳元件（MGE），并利用基因密度和假想蛋白質分數來區分質粒和整合性接合元件(ICE)中的噬菌體從而提高序列集的質量，最終通過95%的ANI值進行序列過濾，得到142809個腸道噬菌體序列，構建了迄今為止最完整的人類腸道噬菌體數據庫(GPD)，通過CheckV評估，組裝的噬菌體基因組中，9.4%達到完整水平，19.6%為高質量基因組。與其他腸道噬菌體數據庫（IMG/VR、GVD、refSeq）相比，GPD中噬菌體基因組中值為~31 kb，是其他數據庫的2-3倍。根據序列相似度≥90%＆覆蓋度≥75%構建病毒群體（VCs）。  圖A 搭建GPD數據庫 圖B GPD基因組完整性評估 圖C GPD與其他腸道噬菌體數據庫的比較 02 腸道噬菌體的宿主分配及范圍 通過收集2898個高質量的人類腸道細菌分離體基因組，預測每個噬菌體預測最可能的細菌宿主，通過在原始集合中分析原噬菌體以及 CRISPR spacers，我們將40932個GPD噬菌體與2157個菌株關聯起來。共現性分析發現在92%的時間里，噬菌體與其預測的宿主同時存在于同一個宏基因組樣本中。在人腸道常見的四種菌門中（Firmicutes,Bacteroidetes, Proteobacteria, and Actinobacteriota），GPD噬菌體更傾向于感染Firmicutes。   圖 腸道噬菌體的細菌宿主分配和宿主范圍 03 生活方式與全球腸道噬菌體分布密切相關 針對GDP中的28060個宏基因組進行分析，通過計算樣本間的Jaccard距離，發現北美、歐洲和亞洲的噬菌體組成與非洲和南美樣本具有顯著差異。推測人體腸道噬菌體的組成模式與人類生活方式差異息息相關，如城市和農村不同的生活方式會造成腸道噬菌體組成的差異，人體腸道微生物群落中的細菌組成也會影響噬菌體組成，普氏菌科細菌（Prevotellaceae bacteria）在生活在農村的人體腸道中更為常見，而擬桿菌類細菌（Bacteroides）在生活在城市的人體腸道中更為常見，基于噬菌體的宿主溯源數據發現，非洲和南美宏基因組樣本中Prevotellaceae 家族的比例明顯高于北美、歐洲、亞洲和澳大利亞；相反，擬桿菌噬菌體在北美、歐洲、亞洲和澳大利亞的人腸道微生物群中明顯更為普遍。  圖A PCA 分析 圖B Prevotellaceae bacteria、Bacteroides在人群中的分布 04 全球280個噬菌體VCs的分布 crASS家族包括10個屬，具有明顯的全球分布性，所以我們推測VCs也具有全球性，通過分析得到280個至少在五大洲中發現的VCs。在這280個VCs中，有119個屬于尾病毒目，其中有10個屬于短尾噬菌體科、28個屬于肌尾噬菌體科和43個長尾噬菌體科。全球分布的VCs-宿主網絡圖中發現，普雷沃菌屬與37個VCs密切相關，其次糞桿菌屬和羅斯氏菌屬。同時還發現全球分布的噬菌體比在單一大陸發現的噬菌體分類跨度更大，說明VCs的宿主范圍廣泛有助于它們在人類中流行。  圖 全球腸道噬菌體分支及其細菌宿主 參考文獻：Massive expansion of human gut bacteriophagediversity DOI: 10.1016/j.cell.2021.01.029 凌恩生物全新升級醫學腸道宏病毒組，助力科研客戶掘腸道病毒群的特效工具！ |
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