噬菌体对宿主的影响

写在前面的
自从超级耐药菌广泛出现后，噬菌体重新回到临床医学视角中。如今在东欧以格鲁吉亚、波兰为首的国家已经大面积推广噬菌体治疗。似乎，目前有这样一种观点正逐渐成为噬菌体治疗的主流观点：噬菌体属于具有专性裂解性的细菌病毒，且人体中也存在大量噬菌体，因此噬菌体对人体是无害的。目前，人类已知的噬菌体占地球上估计的全部噬菌体仅仅是极其微小的一部分。噬菌体对人体的无害性，如何更科学地定义？无害性一词能否予以泛化？今天的推送再以实际的研究例子更深入地思考噬菌体-细菌组-宿主之间的关系。

噬菌体并非对宿主无害

        前面的联动专题推送中，已经报道了一例关于一种铜绿假单胞菌噬菌体通过增强I型干扰素的分泌从而抑制肿瘤坏死因子分泌进而抑制吞噬细胞活性最终导致细菌性感染增强的研究。联动专题（超级细菌&生命科学哲学）：噬菌体辅助细菌感染。这一研究实例直接确定了噬菌体对宿主的无害性无法被广义泛化。
       最近的有关研究中，肠道微生物组中噬菌体对宿主转录组的影响被探究，相关的机制被进一步解析和阐明。

论文信息
题目: Infection with Bacteroides Phage BV01 Alters the Host Transcriptome and Bile Acid Metabolism in a Common Human Gut Microbe
期刊:Cell Reports
IF: 9.42
时间: 2020.09

       人类肠道已被证明定植了大量密集多样的细菌、古细菌、真菌及其病毒(主要为噬菌体)。肠道微生物群对人类的健康和发展至关重要，目前已经有研究证明肠道微生物组对人体疾病具有一定程度影响，其中肠道噬菌体组也被发现与疾病如炎症性肠炎、营养不良相关。因此从广义角度说，噬菌体可以作为肠道微生物组群落结构的调节剂。
        拟杆菌作为人体肠道中丰度较大的群落，已经被发现可以降解多种复杂碳水化合物并与宿主免疫细胞相互作用。由于宿主的饮食条件改变、免疫水平变化，甚至体内的噬菌体捕食，都可能影响宿主体内拟杆菌的丰度。对于拟杆菌而言，其温和性噬菌体对其丰度影响较大。这主要是因为，温和性噬菌体本身伴随拟杆菌存在于宿主肠道中，已经属于定植状态，与外源的裂解性噬菌体相比，它无需经历进入肠道后还保持良好活性(如经过胃酸等严苛环境)的复杂过程。但是温和性噬菌体存在两种状态：温和状态和裂解状态。即温和噬菌体可能在宿主(人)肠道环境的改变下从原先的与细菌宿主共存状态转变为对细菌宿主的捕食状态。从而突然地影响肠道内拟杆菌的水平。另一方面，温和噬菌体是细菌之间基因水平转移的媒介之一，如耐药基因或辅助代谢基因。
        因此，综上所述，这篇论文的作者开展了对人体肠道微生物组中的拟杆菌温和噬菌体的研究。他们鉴定了一种拟杆菌前噬菌体BV01，通过相关研究他们确定了这种噬菌体可以影响宿主的转录组及表型。

噬菌体基本信息表征

        研究人员通过宏基因组测序获得了该温和性噬菌体全基因组，通过注释获得了该噬菌体基因组上裂解酶相关序列信息，此外还发现了在其他细菌基因组上存在的tspO基因(这种基因是一种膜蛋白，对其他细菌的生理调节具有重要功能)。并在实验水平表征了该噬菌体伴随细菌生长过程中整体产量较低，这符合温和噬菌体特征。此外，研究人员通过与不含有温和噬菌体的拟杆菌菌株进行等位基因交换手段体外构建了一株△BV01温和噬菌体菌株。该菌株与野生型的生长无差异。

BV01噬菌体对宿主转录及代谢水平的影响

        为了更好地研究此温和噬菌体对宿主的影响，研究人员通过灌胃的方式在转基因小鼠肠道成功定植了该菌株。如果这种噬菌体可以影响宿主，研究人员推测可能会通过影响宿主转录水平以调节某些基因的表达进而影响宿主表型。于是，研究人员采取了RNA-seq方式研究了定植了含有温和噬菌体的小鼠与不含有噬菌体的正常小鼠相比，有115个基因显著变化。对这些上调的基因进行功能分析表明，它们主要参与了代谢、信号转导等过程。因此，RNA-seq结果提示宿主的代谢水平可能通过转录途径受到了温和噬菌体BV01的影响。那么，噬菌体如何介导了宿主转录水平的改变？研究人员将目光聚焦于噬菌体编码的一个富含色氨酸的蛋白tspO上。tspO蛋白也存在于其他细菌中，对于代谢的调节具有重要功能。鉴于tspo在其他细菌系统中调节细胞活性的重要作用，研究人员推测它可能与温和噬菌体介导BV01引起的宿主基因差异表达有关。因此，研究人员再次构建了一个tspo缺失突变体，并将其转录组与野生型和溶原菌株的转录组进行比较。其结果也证实了猜想。响应BV01的115个差异表达基因中，有69个（60%）是tspo依赖的。在这69个tspo依赖的基因中，67个下调。因此研究人员推测，BA01是否可能通过抑制宿主的有关基因表达，进而抑制宿主的代谢。

        通过进一步地探索，研究人员发现tspO可以通过影响基因表达，进而抑制胆汁酸分泌（这一块实验用到了液相色谱和质谱，由于我本人平时未接触过这方面内容，所以相对应的结果不是看懂很懂，只能了解个大概知道结论）。因为哺乳动物在获取营养物质后会刺激胆囊释放初级胆汁酸到肠道以促进脂类物质乳化进而促进脂类物质吸收。由于胆汁酸对于乳化脂类物质具有积极作用，但是其不可避免地也破坏了细菌的脂质膜，但拟杆菌的一些种类在之前被报道具有胆汁抗性，其机制尚不清楚。因此这篇论文通过一系列研究，解析了拟杆菌通过其温和噬菌体抑制胆汁酸分泌进而起到自我保护的作用。

还有更多类似于BV01的噬菌体在肠道中

        论文做的这一步并没有结束，他们认为，BV01只是一个个例，是否会存在这样一类噬菌体都具有与BV01类似的功能。由于肠道微生物种类繁多，大多数仍然没有被测序。如何证明这种噬菌体广泛存在，研究人员通过生物信息学分析，发现了BV01基因组上一些与噬菌体生命功能相关的保守蛋白。通过对大规模人群肠道微生物组数据的比对，研究人员发现确实在一部分人群中可以找到具有与BV01噬菌体相似的保守氨基酸片段。因此他们推测，其他具有类似片段的噬菌体可能也具有类似功能。因此他们认为，BV01只是其中一种噬菌体，这一类噬菌体并不是罕见地存在于宿主肠道中。

写在后面的
与其他文献相比，个人认为这篇论文可读性较差，虽然研究机制探索较深。但是由于论文排版布局，以及相邻两段对结果（图表）的描述不是连续性的，因此读起来很费解。经常需要切换章节和页码。