反刍动物胃肠道噬菌体基因组：烈性噬菌体的比例高于任何其他环境

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正文：

反刍动物是重要的家畜动物，具有独特的消化系统，包括多个胃室。尽管反刍动物胃肠道（GIT）部位微生物组的研究取得了重大进展，但我们仍然缺乏对反刍动物病毒群落的了解。在这里，我们使用来自8种反刍动物胃肠道的 2333个样本对其病毒生态进行了调查。我们提出了统一反刍动物噬菌体目录 (URPC)，这是对反刍动物胃肠道中噬菌体的全面调查，包括 64,922个非冗余噬菌体基因组。我们对不同反刍动物和胃肠道位点中噬菌体基因组的分布进行了表征，发现大多数噬菌体具有生物体特异性。我们发现，大约60%的反刍动物噬菌体是裂解性的，与所有其他环境中的噬菌体相比，这是最高的，并且肯定会促进它们在微生物干预中的应用。为了进一步促进噬菌体的未来应用，我们还构建了一个全面的病毒-细菌/古细菌相互作用网络，并鉴定了数十种可能对产甲烷古细菌具有裂解作用的噬菌体。 URPC 数据集为未来改善反刍动物生产和生态环境质量的微生物干预提供了有用的资源。噬菌体在控制病原细菌/古菌物种和减少甲烷排放方面具有巨大潜力。我们的研究结果为反刍动物胃肠道病毒组生态学研究提供了见解，并为反刍动物噬菌体治疗的未来研究提供了起点。

结果：

图 1：统一反刍动物噬菌体目录URPC组成与新颖性。

 URPC的构建与特征

• 64,922个非冗余噬菌体基因组（CheckV评估完整性>50%）。
• 60.53%为新型噬菌体（与公共数据库比较，ANI<95%）。
• 基因组长度分布：30–60 kb占比最高（35,199），短片段（<5 kb）的完整性和注释率更高。

图 2 宿主与部位特异性分布

噬菌体的宿主特异性

• 宿主特异性：99.91%的噬菌体仅存在于单一宿主。
• 胃肠道部位特异性：91.43%的噬菌体仅存在于单一部位。
• 广泛分布噬菌体（80个VCs）：63%来自瘤胃，可能源于环境输入。

图 3 系统发育树与共进化分析。

噬菌体与宿主的共进化

83.75%的广泛分布噬菌体与宿主显著共进化：VC_1341（山羊、牛、水牛噬菌体聚类）。VC_1167（鹿噬菌体未显示共进化）。

图 4 噬菌体生活方式比较。

溶原原性噬菌体的高比例

• URPC中59.6%为溶原性噬菌体（显著高于其他环境）。
• 人类肠道：平均32%溶原性；坦桑尼亚猎人肠道：57.5%（与URPC接近，推测与饮食相关）。

图 4 宿主预测与甲烷生产者靶向。

噬菌体宿主预测与甲烷靶向

• 宿主预测：14.28%噬菌体成功匹配宿主（Firmicutes和Bacteroidetes为主）。
• 产甲烷古菌靶向：74种溶原性噬菌体靶6个产甲烷古菌属（如Methanobrevibacter）。
• 结论：通过构建非冗余噬菌体基因组的统一目录（URPC），发现反刍动物胃肠道样本中约60%的噬菌体为裂解性，比例显著高于其他环境，且多数噬菌体具有宿主和胃肠道部位特异性，并鉴定出74种可能靶向产甲烷古菌的裂解性噬菌体，为调控反刍动物瘤胃微生物、减少甲烷排放提供了新策略。

参考来源：https://doi.org/10.1186/s40168-024-01784-2