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6月20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《微生物組》發(fā)表最新研究成果，首次系統(tǒng)揭示小鼠、豬、食蟹猴三種模式動物腸道噬菌體的組成特征與分布規(guī)律。

噬菌體占腸道病毒的90%以上，作為腸道菌群的關鍵調控因子，與炎癥性腸病、結直腸癌、糖尿病等疾病密切相關。

研究團隊利用生物信息學方法，對約1500個小鼠、豬和食蟹猴腸道宏基因組進行高效標準化分析，成功構建了三種模式動物的高質量數(shù)據(jù)庫，其中包括977條小鼠、12896條豬以及1480條食蟹猴種水平、完整度超過90%的高質量病毒序列。

經(jīng)比對發(fā)現(xiàn)，大部分病毒序列屬于有尾噬菌體，顯著擴展了模式動物腸道噬菌體多樣性。

基于基因組編碼的蛋白相似性，研究團隊在上述病毒序列中鑒定出71個分布率超過60%的高分布病毒群。其中，分布率最高的5個病毒群與國際病毒分類委員會已知分類病毒關聯(lián)性較弱，但與其他物種的高分布病毒群存在關聯(lián)，提示模式動物腸道噬菌體可能存在跨物種傳播。

研究團隊在三組數(shù)據(jù)庫中共鑒定出315個crAss樣噬菌體，其中182個與腸肚噬菌體科親緣關系較近，部分形成獨立于已知屬的新分支。

此外，研究團隊還在腸道數(shù)據(jù)庫中鑒定出245條基因組長度超過200kb的巨型噬菌體，部分攜帶CRISPR-Cas系統(tǒng)。

值得一提的是，這些噬菌體編碼的Cas14蛋白結構完整，最小的僅含153個氨基酸，具備開發(fā)新型基因編輯工具的潛力。

通過序列比對分析，研究團隊進一步揭示這些巨型噬菌體的CRISPR間隔序列可匹配細菌、其他噬菌體甚至自身基因組片段，表明其CRISPR-Cas系統(tǒng)具有廣泛的潛在功能多樣性。

為探究模式動物與人類腸道微生物的關聯(lián)性，研究團隊通過核酸和蛋白水平比對發(fā)現(xiàn)，食蟹猴的腸道微生物組與人類的相似性高于小鼠和豬。

而在CRISPR spacer匹配分析中，食蟹猴數(shù)據(jù)庫的匹配成功率超過50%，進一步證實了食蟹猴是研究人類腸道微生物更理想的動物模型。

馬迎飛表示：“未來，該研究的范圍或可拓展至腸道RNA病毒領域，探索噬菌體的功能機制及其與宿主的相互作用，有望在腸道病毒組的醫(yī)學應用領域取得更多突破性進展?！?/p>

（研究團隊供圖）