近日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所合成微生物組學研究中心馬迎飛團隊在國際學術期刊 MicrobiomeMetagenomic analysis reveals gut phage diversity across three mammalian models的文章。

文章上線截圖

小鼠、豬、食蟹猴是腸道微生物研究中常用的模式動物，然而目前仍缺乏對其腸道噬菌體多樣性的系統性研究，對不同模式動物之間腸道噬菌體的比較分析仍為空白，它們與人類腸道微生物的關聯性也尚不明晰。當前科學家們對模式動物腸道中細菌組分的研究已經產生了大量宏基因組數據，病毒鑒定工具不斷迭代促進了高質量腸道病毒的發現。

基于以上背景，研究團隊以三種模式動物腸道宏基因組數據為研究對象，利用生物信息學方法， 從 407 、 980 、 110 個小鼠、豬、食蟹猴腸道宏基因組中挖掘得到 977 、 12896 、 1480 條種水平完整度 >=90% 的高質量病毒序列，分別構成 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 數據庫。經比對發現其中大部分與已知病毒數據庫 ICTV 和 IMG/VR 相似度較低，屬于有尾噬菌體，說明 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 擴展了模式動物腸道中噬菌體的多樣性。

經分布率估計，團隊發現 71 個分布率 >=60% 的高分布病毒群，還發現小鼠、豬、食蟹猴腸道中分布率最高的 5 個病毒群（ TOP5 ）與分類信息已知的 ICTV 病毒關聯性不強，但有趣的是，部分來自不同模式動物的 TOP5 病毒群存在關聯（圖1）。

圖1 模式動物腸道中存在相互關聯的高分布病毒群

crAss 樣噬菌體在人類腸道中大量存在，屬于 Crassvirales 目，包括 Intestiviridae 、 Crevaviridae 、 Suoliviridae 、 Steigviridae 四個科，研究者在模式動物腸道噬菌體中鑒定到 315 條 crAss 樣噬菌體（圖2）。其中 182 個 crAss 樣噬菌體與 Steigviridae 科距離較近，但與已知屬相互分離， 說明模式動物腸道 crAss 樣噬菌體至少在屬水平上擴展了 Crassvirales 目的多樣性。

圖2 模式動物腸道中的crAss樣噬菌體

此外，研究團隊 鑒定到了 243 條基因組長度 >=200kb 的巨型噬菌體。功能分析顯示，部分巨型噬菌體包含 CRISPR-Cas 系統，其中部分 Cas14 蛋白結構域完整，最短的僅由 153 個氨基酸構成，具有作為基因編輯工具的潛力。經比對發現，模式動物腸道巨型噬菌體編碼的部分 CRISPR 間隔 spacer 序列與細菌、其它噬菌體、或自身基因組片段相匹配，暗示著模式動物腸道中巨型噬菌體編碼的 CRISPR-Cas 系統功能的復雜性（圖3）。

圖3 模式動物腸道中的部分巨型噬菌體包含CRISPR-Cas系統

研究團隊從種、屬、功能注釋三個維度，分別比較 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 的異同，發現與 hcMGV 相比， hcPGV 和 hcCMGV 之間的相似性更高（圖4）。

圖4 模式動物腸道噬菌體的比較

為了探索模式動物腸道噬菌體與人類腸道微生物的關聯，研究者對 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 與人類腸道病毒數據庫進行比對，發現在核酸、蛋白水平， hcCMGV 持續性表現出高于 hcMGV 和 hcPGV 的相似性（圖5）。在與人類腸道微生物 CRISPR spacer 的匹配研究中，超過半數的 hcCMGV （ 55.88% ）匹配成功，明顯高于 hcMGV 的 33.47% 或 hcPGV 的 31.32% ，進一步說明 hcCMGV 與人類腸道微生物關聯更為密切。

圖5 模式動物腸道噬菌體與人類腸道并對的比對

綜上所述，本研究對三種模式動物的高質量腸道噬菌體進行深入挖掘和全面分析，揭示了小鼠、豬、食蟹猴腸道噬菌體的多樣性，為未來相關研究提供了高質量的參考數據。此外，研究者 發現了一些廣泛存在的新型病毒類群 ， 首次揭示了模式動物腸道中 cr A ss 樣噬菌體 和巨型噬菌體的多樣性 。 綜合比較分析顯示 ， 豬、食蟹猴之間腸道噬菌體關聯性高于小鼠 ， 食蟹猴腸道噬菌體與人類腸道微生物的關聯更為密切。

中國科學院深圳先進技術研究院馬迎飛研究員為文章的通訊作者， 其團隊助理研究員于夢浩 為文章第一作者。

原文鏈接：：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-025-02144-4

制版人：十一

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