美研究發現人體腸道近 5 萬種全新病毒 部份僅在指定人口出現 或對健康有關鍵作用

上周五刊於《自然微生物學》的研究指,在人類腸道中發現逾 5.4 萬種病毒,當中 92% 是全新發現;而絕大部份病毒均為可感染細菌的噬菌體 (bacteriophage) ,並不會攻擊人體細胞。

人類腸道微生物組除了幫助我們消化食物外,還有許多其他重要作用。包括保護我們免受病原體侵害、調節心理健康、為孩子免疫系統做好準備,並在成年的免疫調節中發揮持續作用。

雖然,人類腸道是現時研究最充分的微生物生態系統,然而,當中的微生物物種中有超過 70% 尚未在實驗室中培植。

利用「宏基因組學(metagenomics)」技術,學者可直接從環境中提取 DNA 並進行隨機測序,找出樣本存在的遺傳物質,並判斷是否有新微生物物種出現。在是次研究中,美國能源部聯合基因組研究所基因學家 Stephen Nayfach 領導的團隊從來自 24 國的 11,810 個糞便宏基因組中找出病毒序列,並發現了 189,680 個病毒基因組,涉及 54,118 種病毒。

全新物種病毒製造超過 45 萬種不同蛋白質

當中有 92% 是全新物種,牠們共同編碼了超過 450,000 種不同的蛋白質,團隊指這些強白質有巨大的功能潛力,影響腸道微生物群族,繼而影響人類宿主健康。

團隊有進一步研究了不同病毒的亞種,發現在所調查的 24 個國家中,有些亞種顯示出驚人的地理模式。例如,近年被發現的神秘噬菌體 crAssphage 的一個亞種在亞洲很普遍,但在歐洲和北美樣本中很少見或不存在。這可能是由於這種病毒在特定人口中的局部擴張。

在分子分析中,團隊發現病毒最常見的功能之一是多樣性產生逆轉錄因子 (Diversity Generating Retroelements, DGR)。這些是一類遺傳元件,可以使特定目標基因發生突變,以產生對宿主有益的基因變異。就病毒中的 DGR 而言,這可能有助於與其細菌宿主進行的持續軍備競賽中演化。

另外,團隊發現三分之一最常見的病毒編碼蛋白具有未知功能,包括超過 11,000 個與 β-內酰胺酶 (beta-lactamases) 有遠緣相關的基因,這些基因能夠對青黴素等抗生素產生抗藥性。

團隊指,發現可有助發展噬菌體療法;噬菌體療法是一個早於抗生素的舊概念,以病毒選擇性地靶向細菌病原體以治療感染。近年股食益生菌改善個人健康大行其道,團隊認為新發現的噬菌體也可有類似功能,但提醒目前的數據顯示,人類只調查了總腸道病毒多樣性的一小部分,還有更長的研究路要走。

是次發現也與 2 月在《細胞》的研究非常類似。該研究指,分析了來自 28 個國家、超過 2.8 萬個腸道微生物組樣本,並發現人類腸道有約 14.2 萬種病毒的完整基因組,當中有超過 7 萬種病毒是新發現。

來源:
The Conversation, We found more than 54,000 viruses in people’s poo — and 92% were previously unknown to science, 25 June 2021

報告:
Nayfash, S., Páez-Espino, D., Call, L. & et al. (2021). Metagenomic compendium of 189,680 DNA viruses from the human gut microbiome. Nat Microbiol. doi: 10.1038/s41564-021-00928-6

文/Alan Chiu

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