科学家发现遍存于人体肠道的噬菌体

渔翁很快乐 2014-08-08

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科学家发现遍存于人体肠道的噬菌体

2014-08-06 15:13:00　来源: 福布斯中文网(上海)　有0人参与

只有在出生前，你才是彻头彻尾的人类。在出生后，来自外界的微生物就会占领你身体的生态系统，它们的数量是组成你身体的37万亿个人类细胞的10倍左右。

在过去十年里，科学家们一直在研究体表和体内微生物对人类健康的影响。为什么有些微生物使我们生病，而另一些却可以保护我们免受病原体的侵袭？

研究人员并没有试图在实验室里培养每种微生物并读取它们的DNA序列以测出一个完整基因组，而是采用了一种更加经济的方法：从一个地方（例如肠道）收集样本，切开所有的DNA，然后读取短片段。这样做得到的就是“宏基因组”，即从整个微生物群落收集的基因物质。

宏基因组分析方法能够以较低成本产生大量数据。第一阶段的人类微生物组计划（Human Microbiome Project）耗资1.7亿美元的，对242位美国成年人身体上的五个地方（口、鼻、皮肤、泌尿生殖道和胃肠道）进行了微生物样本收集。除了揭示已知微生物的秘密以外，深入挖掘宏基因组的信息还能让我们发现未知的微生物，例如这种新发现的名为crAssphage的病毒。

crAssphage病毒是一种噬菌体，会感染类杆菌。人类肠道菌群中大部分都是类杆菌，它们既有好处也有坏处。大多数时候，人类与类杆菌的关系是互惠互利的：我们为它们提供了一个栖息之所，它们则帮助我们消化食物。但它们也会产生危害，与糖尿病和肥胖症等身体疾病有关。会产生肠毒素的脆弱类杆菌则与结直肠癌有关。因此以类杆菌为猎物的crAssphage可能有助于我们保持健康。

crAssphage由荷兰内梅亨大学（Radboud University）医学中心的生物信息学家巴斯·杜提尔（Bas Dutilh）博士发现，他根据排泄物中的DNA片段重建了这种病毒的基因组。在命名时，进行词语组合和将首字母大写是常规做法，而杜提尔为了组装该病毒基因组而开发的计算机工具名为crAss（cross Assembly，意即交叉组装）。他在接受《福布斯》采访时表示，该病毒的命名并不是受到其出处的启发。

“起初，我们没有给它命名，只是将之称为新病毒。”杜提尔说。他接着说道，审核其研究论文的一位科学家建议给该病毒命名。“于是我想到，噢，好吧，或许我可以利用这个机会来宣传我的计算机工具。crAssphage这个名称基本上就是这样来的。”

重建crAssphage的基因组绝非易事，因为一个宏基因组中囊括了整个微生物群落的DNA片段。可以把一个宏基因组想象成一个盒子，里面装满几百幅不同拼图的碎片。已知微生物的基因组可以利用其近缘种作为指导来进行组装，就像看着拼图盒上的图片“按图索骥”，但对于未知微生物又该如何处理呢？

杜提尔的计算机工具通过探测同一个宏基因组内具有同等富集性的DNA片段，从而将特定基因组拼接复原。打个比方，你在不同盒子里找到了具有相同特异性形状的拼图碎片，只不过A盒中有10个这样的碎片，而B盒中有100个。由于这些特异性碎片具有“联合富集性”，因此它们可能是同一张拼图的组成部分。

杜提尔与圣地亚哥州立大学的研究人员合作，利用他的crAss软件来分析12个人排泄物中的宏基因组，找到了可以组合成为一个基因组的一组特异性DNA片段。随后研究人员又对12个排泄物样本中的一个进行了DNA测试，证实了crAssphage的存在。

然后，研究人员搜索公共DNA数据库，发现在来自美国、欧洲和韩国的466个排泄物宏基因组中，73%都有该病毒的身影。这种广泛的分布表明，crAssphage存在于全球四分之三人口的体内，意味着现在可能有数万亿个病毒生活在你的肠道里。

我们对crAssphage的了解不是很多。它非常小，无法在光学显微镜下看到，但无疑拥有角状头部、尾部和“脚”，这是噬菌体的典型特征。其基因组的长度为97,000个碱基对，DNA图谱显示，该病毒拥有80个基因，其中只有一半是已知基因序列。有些基因编码了可以操纵宿主DNA生成机制的结构蛋白和分子，预计还有几个基因编码了附着于类杆菌的蛋白。