人类肠道微生物组已经被广泛探索，而古细菌病毒在很大程度上仍然未知。本研究发现了1,279种病毒物种，其中95.2%感染Methanobrevibacteria_A(甲氧杆菌A)，56.5%与古菌前噬菌体相似(>95%)，37.2%在古菌物种中具有宿主范围，55.7%在群体中非常普遍(>1%)。本工作共同揭示了古菌病毒未开发的多样性，揭示了人类肠道微生物组的新领域。

  人类肠道相关古菌spacers数据库(HGASDB)

  为了对人类肠道古菌病毒进行全面搜索，首先，构建了一个人类肠道相关古菌spacers数据库(HGASDB)，其中包括从已鉴定的古菌基因组重叠群和UHGG的1,162个古菌基因组中招募的13，021个非冗余CRISPR-spacers。这些间隔条来源于不同古菌谱系的重叠群和基因组，其中Methanobrevibacter_A属贡献的间隔物数量最多(89.82%)。特别是，8962个间隔物专门来自Methanobrevibacter_A. smithii，2549个间隔物来自Methanobrevibacter_A smithii_A，185个间隔物来自其他三个物种(Methanobrevibacter_A woesei，Methanobrevibacter_A orals和Methanobrevibacter_A millerae)。少量(n = 1325;10.18%)spacers来自其他古菌属。

  人类肠道古菌病毒数据库(HGAVD)

  从2271个组装的宏基因组数据集和公开可用的人类肠道病毒集合中确定了与这些spacers匹配的16，234个序列。在过滤掉古菌和细菌基因组污染以及不编码病毒特征的序列后，这些序列最终聚类聚类到1,279个非冗余病毒物种中，并且每个物种中最长的序列被选为人类肠道古菌病毒数据库(HGAVD)的代表， 用于进一步分析。

  HGAVD数据库中12%的序列被分为完整基因组(3%)和高质量(9%)。与之前的肠道病毒组研究一致，大多数(68.4%)的HGAVD病毒物种不能在分类学上分类为任何已知的病毒目。进一步将HGAVD病毒与公开可用的病毒集合进行了比较。首先，将HGAVD物种与来自UHGG中1,162个肠道古菌基因组中的557个(50-100%完整性)的85个非冗余前病毒对齐。导致1,279 个物种中有 56.5% 与这些前病毒共享同一性>95%。综上所述，HGAVD大大扩展了人类肠道中以前未知的古菌病毒多样性。

  古菌病毒在人体肠道中非常普遍

  通过宏基因组mapping估计了人类肠道样本中HGAVD病毒种类的丰度，并相应地进行了主坐标分析(PCoA)。在男性和女性之间或根据BMI分布之间未观察到人类肠道古细菌病毒组成显着差异。然而，当分析按国家分层时，观察到这些古细菌病毒的多样性在不同位置的样本中是不同的。特别是，坦桑尼亚人与中国、美洲和英国人群之间的古细菌病毒群落分别显示出显著差异。

  进一步调查了这些病毒在人群中的流行情况。结果表明，7种古菌病毒物种在人群中的患病率为>10%。这些病毒属于7个不同的VC。据预测，这 7 种病毒都会感染 Methanobrevibacter_A smithii，并且在亚洲、欧洲和美国人群中的患病率高于非洲人群。

  感染Methanobrevibacter_A smithii 的病毒是人体肠道中古细菌病毒组的主要成分

  为了准确研究多种病毒-宿主相互作用，特别筛选了UHGG古细菌基因组中存在的CRISPR-spacers，以靶向HGAVD病毒序列。正如预期的那样，大多数病毒物种与该属Methanobrevibacteria_A有关，该属在人类肠道古菌中占主导地位。然后，通过确定每个古菌属的VC数量来测量病毒多样性，揭示该属Methanobrevibacter_A的病毒多样性明显高于其他古菌属，该属分配了51个VC。在51个VC中，47个VC是针对Methanobrevibacter_A smithii的，只有17个VC是针对Methanobrevibacter_A smithii_A的，13个VC与这两个古菌物种都有联系，反映出古菌病毒可以跨物种感染宿主。为了详细显示这一点，通过将HGAVD病毒与源自UHGG古菌基因组的CRISPR间隔物相匹配来构建宿主病毒网络，表明大约三分之一的HGAVD病毒物种具有广泛的宿主范围。这些分析为人类肠道微生物组中古细菌病毒介导的基因流网络提供了全面的蓝图。

  为了进一步显示古菌有尾噬菌体的多样性，使用Pfam数据库从HGAVD古菌病毒序列和密切相关的参考古菌病毒(RefSeq数据库，v201)中搜索了大亚基终止酶(LST)。LST系统发育表明本研究扩大了感染Methanobrevibacter_A smithii的古菌病毒的多样性，并提出了人类肠道中新的古菌病毒分类。

  古菌病毒基因组编码广泛的功能库

  人类肠道古菌的功能潜力已得到广泛研究，HGAVD使我们能够探索古菌病毒组在人体肠道中的功能潜力。为此，本文在这1,279种病毒物种的代表性序列上鉴定了97,208个蛋白质编码基因。总体而言，40%的病毒基因在Pfam数据库中没有显着匹配，并且未被赋予任何生物学功能，表明对人类肠道古菌病毒的功能潜力知之甚少。

  Methanobrevibacter_A smithii病毒的病毒具有最多的功能多样性，蛋白质与Pfam数据库中的1,034种不同种类的尾病毒特异性蛋白质同源，而其他古菌病毒缺乏其中一些基因。所有HGAVD病毒中，有150种病毒编码了PeiW的基因，这表明该基因对古菌病毒感染产甲烷古菌的重要性。

  总结

  综上所述，在这项研究中，对人类肠道中的古菌和古菌病毒进行了全面的宏基因组数据挖掘。结果揭示了人类肠道中古菌病毒和古菌的多样性。人类肠道中未开发的古菌病毒和HGAVD中新型病毒物种的多样性可以准确地填补该领域的空白，并作为人类肠道古菌病毒的扩展。本研究数据，连同细菌和细菌噬菌体，将提供人类肠道病毒组的补充视图，从而帮助我们更好地了解人类肠道生态系统。

  参考文献：

  Metagenomic analysis reveals unexplored diversity of archaeal virome in the human gut - PMC (nih.gov)