肠道微生物组是一个由细菌、病毒（主要是噬菌体）和真菌等组成的复杂生态系统。以往研究多聚焦于细菌群落，而对噬菌体（感染细菌的病毒）的作用知之甚少。噬菌体可分为烈性（直接裂解宿主）和温和性（可整合到宿主基因组中）。尽管宏基因组测序已揭示人类肠道中存在大量噬菌体，但其对菌群动态平衡和宿主健康的具体影响仍不清楚。

加拿大圭尔夫大学Emma Allen-Vercoe团队通过创新的“噬菌体剔除-再引入”实验范式，结合数学模型、多组学分析和生物反应器培养系统，首次在复杂合成菌群中系统评估了烈性噬菌体的作用。

传统菌株分离方法会自然剔除烈性噬菌体

开发了基于泊松分布的感染概率模型，发现当病毒/细菌比（VBR）<1时（如人类粪便），标准稀释涂板法可使99%的游离噬菌体与宿主菌分离。通过大肠杆菌BL21和T4噬菌体共培养证实，菌落形态无法可靠指示噬菌体感染，需依赖噬斑检测或分子方法。

图1 菌落感染可以用数学模型准确预测^[1]

烈性噬菌体对菌群的精准调控

将粪便来源的dsDNA噬菌体（含4种crAss样噬菌体）重新引入73株合成菌群（SM1）后，仅显著降低2株拟杆菌（B. koreensis和B. cellulosilyticus）和2株厚壁菌（L. pacaense和P. succinatutens）的丰度，对整体菌群α/β多样性及主要代谢物（如短链脂肪酸）影响甚微。通过单菌共培养加测序，确定5种烈性噬菌体的宿主特异性（如contig223靶向B. koreensis），且CRISPR预测与实验一致。

图2 毒力强的dsDNA病毒组对SM1的组装、代谢和噬菌体诱导有针对性的影响^[1]

噬菌体捕食激活前噬菌体

噬菌体捕食可激活宿主菌内潜伏的前噬菌体，全基因组测序发现，B. cellulosilyticus中的前噬菌体phi2/phi3在噬菌体处理组中复制活性提升3.9倍（p < 0.05），其序列与胞外病毒库高度匹配（>99.5%），表明存在“裂解-诱导”交叉激活，揭示了病毒-细菌互作的新机制。

研究意义

（1）揭示烈性噬菌体在维持菌群平衡中的作用：通过“精准清除”特定菌株，而非全局扰动。

（2）提出“噬菌体-前噬菌体”互作新机制，为理解微生物组稳定性提供框架。

参考文献：

[1] Wilde J et al., Assessing phage-host population dynamics by reintroducing virulent viruses to synthetic microbiomes. Cell Host & Microbe. 2024, 32: 768-778. DOI: 10.1016/j.chom.2024.04.001.