當「細菌殺手」遇上糖尿病

糖尿病是慢病當中最普遍的一種疾病。國際糖尿病聯盟公布的第七版糖尿病地圖顯示，中國糖尿病患者數量位居全球首位，有1.096億人。已有研究雖然發現了人體腸道細菌菌群與糖尿病之間的關係，但卻往往忽略了腸道微生物組中種類豐富、數量巨大的噬菌體的作用。

日前，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所（籌）（以下簡稱「合成所」）研究團隊首次證實了人體腸道噬菌體組和糖尿病的關聯性，文章於2月1日在線發表於國際權威學術期刊《微生物組》（Microbiome）。

噬菌體 VS細菌：不僅僅是「捕食關係」這麼簡單

噬菌體，顧名思義，是侵襲細菌的病毒。噬菌體與細菌，一個是捕食者，一個是被捕食者。此前科學家認為，腸道菌群的變化會影響噬菌體的組成差異，二者在人體腸道內「此消彼長」，維持著人體腸道的動態平衡。

但日前，合成所科研團隊首次發現，人腸道噬菌體組對人體健康可能有著重要的影響。科學家收集分析了370名 II 型糖尿病患者和正常對照樣本，研究結果顯示，腸道噬菌體在糖尿病患者腸道中的數量（包括總數與不同噬菌體群數量）顯著高於對照組。

圖為噬菌體，圖片來源於網路

「也就是說，人體腸道細菌與噬菌體之間不是簡單的『此消彼長』，存在著複雜的關係網路。」該文章的第一作者和通訊作者、合成所馬迎飛研究員表示。該所劉陳立研究員為本文共同通訊作者。

近期，《細胞》（Cell）發表的一項名為「Disease-Specific Alterations in the Enteric Virome in Inflammatory Bowel Disease（在炎症性腸病中腸道病毒組的特異性改變）」的工作，也揭示了人腸道病毒——主要是噬菌體的多樣性升高與炎症性腸病之間的關係。這兩項工作都暗示著，噬菌體—細菌—宿主兩兩之間存在著相互作用，這種關係有可能影響著人體的健康。

「解析這些關係將是該領域的研究熱點，合成生物學將為研究和利用這些關係提供新的視角。」馬迎飛表示。

腸道噬菌體：可能是宿主細菌「雪中送炭的好朋友」

但是，人們目前對於噬菌體的認識還非常匱乏。主要是因為噬菌體的繁殖需要嚴格依賴宿主菌，而當前絕大多數腸道細菌和環境細菌難以獲得純培養。

既然無法從傳統的培養方法入手，新興的生物信息學分析方法為噬菌體的研究瓶頸提供了全新的解決方案。生物信息學是一門利用計算機技術去採集、處理和分析生物信息，研究生物系統規律的學科。

人體腸道噬菌體組的鑒定分析流程

合成所科研團隊首次利用已有的人體腸道微生物大數據，開發了一系列生物信息學分析方法，通過特徵基因等挖掘其中的噬菌體基因組序列，最終鑒定出了大量的全新腸道噬菌體，揭示了腸道噬菌體組的多樣性和新穎性。

專一感染擬桿菌的腸道噬菌體序列

「通過對這些噬菌體基因組序列的分析，我們還發現，這些噬菌體攜帶著大量的功能基因，這些基因和宿主細菌在腸道環境中的生存適應性相關。」馬迎飛表示。

也就是說，噬菌體與細菌之間並不是單純地「相愛相殺」，噬菌體所攜帶的多種適應性基因，也可以幫助細菌在人體的腸道環境中更好地適應，「從某種程度上來講，腸道噬菌體更像是宿主細菌『雪中送炭的朋友』」，他比喻道。

合成生物學改造噬菌體，能治病

剛剛過去的2017年，是噬菌體被發現的100周年。噬菌體自被發現伊始就成為遺傳學和分子生物學，乃至合成生物學研究中重要的模式生物，世界上第一個合成生物體就是噬菌體。

噬菌體是一類專一感染細菌的病毒，被認為是細菌的「天敵」，它的專一性讓其可以精確地靶向某種細菌。相較於傳統的菌群移植和抗生素治療法，利用合成生物學方法改造噬菌體，可以更加安全、準確地調節腸道菌群。

同時，噬菌體作為細菌的天敵，2014年被美國國立衛生研究院列為對抗耐葯菌的武器之一。

深圳先進院的這項研究為研究者們提供了豐富的腸道噬菌體的信息，使科研人員可以通過合成生物學的方法合成、改造腸道噬菌體，並為應用噬菌體干預腸道菌群，預防和治療某些疾病提供了依據。

該項目獲得了國家自然科學基金、973項目、863項目、深圳市基礎研究學科布局以及深圳市孔雀團隊等基金的資助。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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