长期以来，科学界普遍认为裂解性噬菌体会快速复制并杀死宿主细菌，因此不会出现在细菌基因组测序数据中。但近日发表于《Nature Microbiology》的一项大规模研究彻底打破这一认知——来自丹麦、英国、中国等多国团队联合分析了360万份细菌基因组组装体，从中鉴定出119,510株完整的裂解性噬菌体基因组（命名为细菌组装体相关噬菌体序列，BAPS），其数量较已知宿主关联噬菌体增加约5倍，不仅重塑了人们对噬菌体生命周期的理解，更发掘出一座蕴藏无数潜在治疗候选噬菌体的“基因宝库”。

一、研究背景：打破“裂解性噬菌体不会留存于细菌基因组”的固有认知

噬菌体传统上分为两类：溶原性噬菌体（可整合到细菌染色体中休眠）和裂解性噬菌体（快速复制并裂解宿主）。按此逻辑，只有溶原性噬菌体可能出现在细菌基因组数据中，裂解性噬菌体因会杀死宿主，无法被测序捕获。但近年来研究发现，噬菌体与宿主的相互作用并非绝对二元对立，存在“载体状态”“假溶原性”等中间状态——噬菌体基因组可作为染色体外元件存在于细菌内，不整合也不裂解宿主，仅在环境适宜时启动裂解周期。这一发现为本次大规模挖掘提供了理论基础，而临床监测、疫情调查等项目积累的海量细菌基因组数据，则为筛选提供了丰富素材。

二、技术突破：机器学习助力，从 2.3 亿个片段中精准筛选噬菌体

研究团队开发了一套高效的生物信息学分析流程，攻克了海量数据筛选的技术难题：

1. 数据筛选：从NCBI数据库提取360万份细菌基因组组装体，聚焦5000 bp~1000000 bp的片段作为潜在噬菌体候选；

2. 智能预测：自主研发机器学习工具Phager，基于生物学特征和组成特征预测噬菌体序列，无需依赖序列相似性，可快速识别高度分化或未被表征的噬菌体，计算成本远低于传统相似性搜索；

3. 严格验证：通过与参考数据库比对、标记基因筛选（如含末端酶大亚基terL，不含整合酶、转座酶等溶原性标记），最终从2.3亿个片段中鉴定出119,510株裂解性噬菌体、146,575株溶原性噬菌体及602,285个质粒。

三、关键发现：噬菌体多样性爆发，治疗候选株藏于其中

1. 噬菌体分类学大幅扩充，新属新种不断涌现

 发现新的巨型噬菌体属“Bapsvirus”，包含247个基因组（~220–249 kb），与首尔病毒属亲缘关系相近但序列相似性仅15–40%，主要感染沙门氏菌、大肠杆菌和志贺氏菌；

 首尔病毒属（已知具有沙门氏菌治疗潜力）从16株扩展至300余株，基因组大小约239–242 kb，在人、动物和环境分离株中广泛分布；

 孤噬菌体Goslarvirus从1株扩展至237株，可感染多种致病性革兰氏阴性肠杆菌科细菌，分布于水、人类、牛、猪、鸡等多种宿主和全球多个地理区域；

 其他已知类群如Munchvirus、Asteriusvirus等也实现3–10倍规模扩充，部分新发现噬菌体可跨物种感染（如Lethbridgevirus可感染大肠杆菌和沙门氏菌）。

2. 临床治疗噬菌体“隐藏”于细菌测序数据中

研究团队对比了66株已用于人类或动物治疗的裂解性噬菌体，发现：

 83%（55株）的治疗性噬菌体在BAPS中找到中等相似度（≥80% ANI）的同源序列；

 59%（39株）存在高度相似（≥95% ANI）的对应序列，包括用于治疗大肠杆菌感染的T4样噬菌体、沙门氏菌防控的Felixounavirus、铜绿假单胞菌治疗噬菌体PA1ø等；

 这些发现表明，临床菌株测序项目在无意识中存档了大量潜在治疗性噬菌体，为噬菌体疗法开发提供了 “零成本” 候选库。

3. 裂解性噬菌体的 “生存之道”：非整合非裂解的持久存在

部分细菌基因组中，噬菌体序列占比极高：如沙门氏菌Newport 134356的测序数据中，99.2%的reads来自Goslarvirus 基因组，仅0.8%来自细菌染色体；而志贺氏菌flexneri PNUSAE118324中，宿主与噬菌体序列占比接近1:1。这种现象无法用污染解释（相同噬菌体类型遍布独立测序中心和地理区域），更可能反映了裂解性噬菌体的“载体状态”——在宿主防御系统或特定环境条件下，噬菌体基因组以低拷贝数存在于细菌内，不整合也不裂解宿主，待条件适宜时启动复制。这一发现颠覆了对裂解性噬菌体生命周期的传统认知，揭示了噬菌体与宿主间更复杂的动态平衡。

4. 噬菌体广泛存在于人类微生物组中

在人类肠道病毒组数据库（MGV、GPD等）和人类微生物组计划（HMP）数据中，检测到近2000个BAPS相关序列，多数为230–240 kb的巨型裂解性噬菌体，且部分序列在多个数据库中重复出现，证实其在人类微生物组中的生态相关性。

四、研究意义：为噬菌体疗法与微生物生态学研究开辟新路径

1. 丰富噬菌体资源库：11.9万株裂解性噬菌体的公开，为噬菌体分类学、进化生物学研究提供了海量素材，填补了多个分类学空白；

2. 加速噬菌体疗法开发：临床相关噬菌体的同源序列可直接从公共数据库获取，无需复杂分离培养流程，大幅降低治疗性噬菌体的筛选成本；

3. 重塑噬菌体-宿主互作认知：裂解性噬菌体的“持久存在”模式，为理解噬菌体在自然界中的传播、存活机制提供了新视角，也为优化噬菌体疗法（如避免治疗中噬菌体“沉默”）提供参考；

4. 指导细菌基因组数据分析：提醒科研人员在临床监测、疫情调查中需关注噬菌体序列，避免因噬菌体高占比导致的细菌基因组组装错误或分类误判。

五、研究团队与数据公开

该研究由丹麦哥本哈根大学、英国莱斯特大学、山东农业科学院等机构联合完成，Alexander Perfilyev、Anastasiya Gæde、Steve Hooton为共同第一作者，Martha R. J. Clokie和 Thomas Sicheritz-Pontén为通讯作者。所有BAPS噬菌体的FASTA序列已通过Figshare公开（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28911734），相关代码可在GitHub获取（https://github.com/ku-cbd/phager）。未来，研究团队将进一步探索裂解性噬菌体在细菌内的持久存在机制，以及环境因素对其裂解开关的调控作用，为噬菌体疗法的优化与应用提供更坚实的理论支撑。

参考文献

Perfilyev A, Gæde A, Hooton S, et al. Large-scale analysis of bacterial genomes reveals thousands of lytic phages[J]. Nature Microbiology, 2025: 1-11.