病毒像流感瘟疫人類一樣瘟疫細(xì)菌。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的一項(xiàng)新研究表明，在人類腸道中發(fā)現(xiàn)了一些最大的這些所謂的噬菌體，它們會(huì)定期對(duì)細(xì)菌進(jìn)行破壞，就像流感的季節(jié)性爆發(fā)將人類降低一樣。這些“大亨”的基因組大約是普通噬菌體的 10倍，是以前在人類中發(fā)現(xiàn)的任何噬菌體的兩倍 - 在人類腸道中被發(fā)現(xiàn)，但僅來(lái)自食用非西方高纖維的人類，低脂飲食。

引人注目的是，它們也被發(fā)現(xiàn)在狒狒和豬的內(nèi)臟中，證明可以攜帶影響人類健康的基因的噬菌體可以在人類和動(dòng)物之間移動(dòng)并可能攜帶疾病。“眾所周知，噬菌體攜帶導(dǎo)致疾病的基因和編碼抗生素抗性的基因，”吉爾班菲爾德說(shuō)，他是創(chuàng)新基因組學(xué)研究所微生物學(xué)倡議的負(fù)責(zé)人，也是加州大學(xué)伯克利分校地球與行星科學(xué)和環(huán)境科學(xué)，政策教授。和管理。“濃縮物的運(yùn)動(dòng)以及它們宿主細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)提高了疾病也可以在動(dòng)物和人類之間移動(dòng)的可能性，并且隨著巨噬細(xì)胞，這種可能性會(huì)大得多。”

而且，因?yàn)榇蠖鄶?shù)生物學(xué)家認(rèn)為不是“生活”的大型標(biāo)本比細(xì)菌這樣的生命形式更大，它們模糊了活著與不活的區(qū)別。“這些龐大的實(shí)體填補(bǔ)了我們所認(rèn)為的非生命和生命之間的空白，從某種意義上說(shuō)，我們大多都錯(cuò)過(guò)了它們，”班菲爾德說(shuō)。班菲爾德及其同事于1月28日在“ 自然微生物學(xué) ”雜志上在線報(bào)道了他們的研究結(jié)果。

噬菌體和CRISPR

Banfield是宏基因組測(cè)序的先驅(qū)，即同時(shí)對(duì)社區(qū)中所有生物的湯中的所有基因進(jìn)行測(cè)序。然后，她和她的同事重建了社區(qū)中每個(gè)生物的基因組，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)前所未見(jiàn)的微生物。通過(guò)探索礦山徑流，間歇泉，人體腸道和地下深處的微生物群落，她通過(guò)宏基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)了許多新的微生物，生命之樹(shù)必須經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)以適應(yīng)所有這些。

在這個(gè)過(guò)程中，她已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多噬菌體基因，因?yàn)槭删w正式為人所知。實(shí)際上，在一些細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的CRISPR簇是噬菌體基因組片段的儲(chǔ)庫(kù)，細(xì)菌不斷提醒它們先前的噬菌體感染，使它們能夠快速抵御同一噬菌體的后續(xù)感染。由這些細(xì)菌動(dòng)員的Cas9蛋白靶向并切割病毒入侵者，由加州大學(xué)伯克利分校和維也納大學(xué)科學(xué)家改編為強(qiáng)大的工具CRISPR-Cas9，它已經(jīng)徹底改變了生物學(xué)并使基因治療領(lǐng)域重新煥發(fā)活力。

在對(duì)孟加拉國(guó)人的腸道細(xì)菌進(jìn)行測(cè)序時(shí) - 由倫敦大學(xué)學(xué)院的合作者Joanne Santini領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究的一部分，探討了受砷污染的水對(duì)腸道菌群的影響 - 班菲爾德確定了這些濃縮物。一旦她重新組裝了整個(gè)基因組，她就發(fā)現(xiàn)它們都比其他微生物組中遇到的平均噬菌體大10倍。為了適應(yīng)這些噬菌體的膨脹基因組，它們的包裝(稱為衣殼)可能比其他已知噬菌體的包裝更大，可能在200到300納米之間。

她和她的同事在一種細(xì)菌Prevotella中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)CRISPR片段，其中含有大量的DNA片段，這表明大量寄生蟲(chóng)主要在Prevotella上捕獲。Prevotella在吃西式飲食的人群中并不常見(jiàn)，其中含有大量的肉，脂肪和糖，以及來(lái)自非西方人的腸道微生物組，“狩獵 - 收集”類型的飲食已被測(cè)序。

據(jù)共同作者Joanne Santini介紹，Prevotella還與上呼吸道感染有關(guān)，并且在牙周病中很常見(jiàn)。這意味著新的濃縮物可能會(huì)開(kāi)發(fā)出新的基于噬菌體的治療方法，用于治療由普氏菌引起的感染。

Hunter-gatherer微生物組

班菲爾德和她的團(tuán)隊(duì)在孟加拉國(guó)找到它們的地區(qū)Laksam Upazila之后命名了大型集團(tuán)或Lak噬菌體的分支。隨后，第一作者Audra Devoto在坦桑尼亞狩獵采集者Hadza部落成員的腸道微生物組中發(fā)現(xiàn)了Lak噬菌體，這兩組狒狒在肯尼亞和丹麥農(nóng)場(chǎng)的豬腸道微生物群中進(jìn)行過(guò)研究。

“野豬中的Lak噬菌體與人類的關(guān)系比狒狒更密切，所以這些噬菌體很可能會(huì)在動(dòng)物群體中移動(dòng)，”班菲爾德說(shuō)。“我們懷疑Prevotella和Lak噬菌體最近被狒狒收購(gòu)，因?yàn)獒翎魧?duì)它們的抵抗力很小，而且它們?cè)谒鼈冎g如此普遍。”

已知噬菌體攜帶加劇許多人類疾病的基因。例如，它們可攜帶編碼肉毒桿菌中毒，霍亂和白喉毒素的基因，使感染細(xì)菌的人的癥狀更加嚴(yán)重。班菲爾德的目標(biāo)之一是了解噬菌體的數(shù)量和它們?cè)谀c道中捕食的細(xì)菌如何隨著時(shí)間的推移和飲食的變化，以及它如何影響健康。

在對(duì)腸道微生物組進(jìn)行取樣的四個(gè)人中，研究小組發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，噬菌體和普氏菌的水平發(fā)生變化，表明噬菌體種群數(shù)量不斷上升導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量減少，然后噬菌體下降使普氏菌(Prevotella)反彈。

班菲爾德推測(cè)，大集團(tuán)具有更大的基因組，以產(chǎn)生必要的蛋白質(zhì)，以防止細(xì)菌宿主干擾噬菌體制造更多自身拷貝的努力，這一過(guò)程由于更大的基因組而需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

班菲爾德和她在創(chuàng)新基因組學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)室，加州大學(xué)伯克利分校/加州大學(xué)舊金山分校聯(lián)合開(kāi)展廣泛部署CRISPR-Cas9的計(jì)劃，正在通過(guò)其他宏基因組數(shù)據(jù)庫(kù)搜索大腦，并希望更多地了解它們的工作原理以及它們是否具有吸引力且可能有用蛋白質(zhì)。

“這些基因組中充滿了功能未知的蛋白質(zhì)，可能是迄今為止尚無(wú)想象過(guò)程的途徑。在這些新的基因組中有很多新的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)，”她說(shuō)。