核心提示：TBD模型是一种强大的工具，类似于细胞生物学中基因敲除技术CRISPR，可靶向敲除目标肠道菌群，而接受噬菌体处理的动物表现出除目标细菌被敲除外几乎完整的肠道细菌谱。
【重点摘要】西安交通大学第一附属医院刘冰、马现仓教授等不同团队交叉融合，不断探索，创新性提出了噬菌体定向敲除肠道细菌动物模型(Targeted-Bacterium-Depleted mouse model, TBD)。研究表明，TBD模型是一种强大的工具，类似于细胞生物学中基因敲除技术CRISPR，可靶向敲除目标肠道菌群，而接受噬菌体处理的动物表现出除目标细菌被敲除外几乎完整的肠道细菌谱。
原文为标题为Bacteriophages allow selective depletion of gut bacteria to produce a Targeted-Bacterium-Depleted (TBD) mouse model，发表在Cell子刊Cell Reports Methods《细胞通讯方法》上。
研究背景
肠道是人体中最大的微生物群库，栖息着一系列细菌、真核生物和病毒。肠道细菌的多样性和相互作用极大地影响宿主的新陈代谢，因此它与人类健康的许多方面有关。例如，肠道微生物群调节宿主免疫反应，以及与微生物群组成改变相关的疾病。此外，药物的使用也会对肠道微生物群产生影响。
微生物群-肠-脑轴(MGB)是微生物群-宿主相互作用的典型例子。MGB从肠脑轴(GBA)扩展而来，它描述了大脑和肠道神经系统之间的双向通信，描述了肠道微生物群与中枢神经系统之间的关系。肠道微生物中大肠杆菌占总体微生物群的0.1%-5%，是一种特征明确的模式生物，可用于研究MGB。虽然其能产生对人体至关重要的维生素K和B12.但它也可能诱发宿主的精神症状。此外，目前发现在焦虑行为小鼠中，其肠道大肠杆菌水平升高。目前对MGB的大部分研究都是使用具有抗菌处理的人造动物模型确定的，包括无菌和无特异性病原体(SPF)小鼠。这些动物模型有其自身的优势，即抗生素处理的小鼠模型易于研究，但由于广泛的特异性，无法评估单个细菌菌株的影响。
希望解决的科学问题
在对肠道菌群的作用的研究过程中，虽然使用接种特定微生物的无菌小鼠模型是研究特定菌株的金标准，但因其进行无菌处理，所以其生理影响在自然环境中可能不具有代表性，并且无菌小鼠制备耗时长，价格昂贵。
作者提出一种新的动物模型，该模型结合了无菌小鼠模型在细菌菌株精度方面的优点以及仅使用普通小鼠即可建立的便捷性。即使用裂解噬菌体，可以在动物模型中靶向消耗特定的肠道细菌。
研究结果
设置四个分组(低浓度T7噬菌体、高浓度T7噬菌体、灭活T7噬菌体，无菌水)进行小鼠实验发现，T7噬菌体给药对小鼠身体状况无明显影响(日常食物摄入量和体重)(图2B)
在14天的过程中，所有组中的肠道细菌总体种群没有显示出明显的扰动(图2C)。相比之下，高浓度T7噬菌体处理中的大肠杆菌种群与对照组相比，大肠杆菌从第一天开始就降低至∼10%，并在第14天逐渐恢复至∼25%。低浓度T7噬菌体处理在第八天才开始下降。T7噬菌体选择性消耗大肠杆菌，但不影响整体肠道细菌群。
对各处理下的肠道微生物群进行扩增子测序，发现在前三个时间点，两组小鼠(加T7噬菌体和空白)之间存在相似的细菌丰富度，而在T7噬菌体管饲14天后，相对于对照小鼠，大肠杆菌耗尽小鼠的肠道中细菌丰富度下降。并且T7噬菌体处理对肠道微生物整体组成均有显著影响(图3D)。
为了关联肠道大肠杆菌对宿主的影响，作者进行了七项行为测试，涵盖精神状态和社交能力，其中五项测试显示高浓度T7噬菌体处理组与对照组比较。在开放场地测试(OFT)中，虽然每组的总距离没有差异，这表明各组之间的基础运动活动相似，但高浓度T7噬菌体处理组在明亮的开放区域花费了更多时间，并表现出类似于抗焦虑药给药的行为模式(图4A)。在升高的迷宫(EPM)测试中，小鼠在高浓度T7噬菌体处理组更频繁地张开的手臂并持续更长时间，这显示出与先前报道的抗焦虑小鼠相似的模式(图4B)。在一项新颖性抑制喂养(NSF)实验中，高浓度和低浓度T7噬菌体处理组减少，由于NSF对急性抗焦虑药和慢性抗抑郁药治疗敏感，但对急性抗抑郁药不敏感，因此两个T7治疗的动物组都表现出类似于先前描述的抗焦虑药给药的行为。在尾部悬架试验(TST)期间，T7噬菌体处理显著短于对照组(图4D)。由于TST通常用于评估抗抑郁活性，噬菌体T7作为一种有效的抗抑郁药，但不是抗焦虑药。因此结果表明，小鼠的行为障碍与大肠杆菌种群直接相关，而不是全局肠道微生物群的级联效应。
行为恢复与大肠杆菌种群的恢复相关。随着大肠杆菌在第14天逐渐恢复到T7前水平的25%占据率，确定噬菌体干预后细菌是否可以完全恢复正常非常重要(图2C)。用对照和高浓度T7噬菌体处理分组进行qPCR追踪粪便大肠杆菌水平。第16天的大肠杆菌水平约为对照组的30%，与上一次实验中第14天观察到的水平相似(图5A)。细菌水平继续恢复，并在大约第24天恢复到噬菌体处理前的水平。为了确认行为异常是由于大肠杆菌消耗引起的，还通过将大肠杆菌灌胃到T7处理的小鼠进行了回补实验(图5B)。第8天的结果表明，小鼠在重新引入大肠杆菌后立即恢复正常。
