公认肠道微生物菌群稳定对个体健康至关重要。有研究表明活泼瘤胃球菌 (Ruminococcus gnavus) 与克罗恩病相关，已被确定为导致克罗恩病症状的原因之一，且患者中活泼瘤胃球菌的相对丰度高低与症状严重程度相关。而噬菌体是一种专门感染细菌的病毒。与人类肠道中的细菌相比，噬菌体的数量估计在1：1到1：100之间。大多数噬菌体通过烈性或溶源性的生命周期来感染它们的细菌宿主。与健康个体相比，炎症性肠病 (IBD) 个体的肠道微生物组中富含温和的噬菌体相关序列。最近爱尔兰考克大学研究团队在《GUT MICROBES》期刊报告了从感染活泼瘤胃球菌的人类粪便和环境样本中分离出6株温和噬菌体，并进行一系列的表征研究。

  首先，研究人员以ATCC 29149作为指示菌进行噬菌体筛选。经过多次纯化获得6株噬菌体，分别为phiRg507T2/2、phiRg507T2/3、phiRg519T2、phiRgPS6、phiRgIBDN1和phiRM10，电镜显示均为长尾噬菌体。初步的杀伤曲线法测定噬菌体在液体培养基中对细菌有裂解活性，细菌在10-15小时内仍被抑制生长。(图1)

  图 1：噬菌体形态和噬菌体对宿主的杀伤曲线

  于是进行全基因组测序，这6株噬菌体基因组均含整合酶抑制因子等溶源结构。进行系统发育分析时，先是利用VIPtree对863个基因组构建噬菌体的蛋白质组学进行分析。后通过VICTOR构建的蛋白质组学树进行进一步的系统发育分析，发现与活泼瘤胃球菌噬菌体的进化关系最接近Svunvirus属(图2)。

  图 2：瘤胃球菌噬菌体的系统发育分析

  对噬菌体进行基本特征表征后，研究人员进行了一项为期28天的小鼠试验，以评估6种活泼瘤胃球菌噬菌体及其宿主在GIT小鼠中的潜在感染动态。该试验结果显示噬菌体处理组与对照组的细菌数量无显著性差异。此外，噬菌体处理组在灌胃后的两个检测时间点(第16和21天)可检测到活噬菌体，大概在1.4×107到1×1010 PFU/g之间(图3)。这些发现表明，噬菌体确实能够到达小鼠的肠道并在宿主上繁殖，但不会导致宿主种群密度的显著降低。接着进行PCR验证，其中72个菌落中有35个(48.6%)检测出噬菌体phiRgPS6和phiRg507T2/2或phiRg507T2/3呈阳性，表明宿主被这些噬菌体溶源化。

  研究人员进一步研究噬菌体对ATCC 29149的溶源作用，以了解这种相互作用如何影响这些噬菌体和肠道内的生态。用噬菌体phiRgPS6(克隆1-1和2-1)、phiRg507T2/2(克隆11)和phiRg507T2/3(克隆21-1和克隆22-1和克隆22-1)溶解后的ATCC 29149液体培养，以检测噬菌体进入烈性周期的细胞亚群产生活性噬菌体病毒粒子。过滤后的上清液发现在非溶解的ATCC 29149的覆盖层上存在活噬菌体。表明被这些噬菌体溶源的活泼瘤胃球菌具有一个自发诱导出噬菌体的细胞亚群，在肠道中释放活的噬菌体。

  研究人员继续探究溶源化ATCC 29149的重复感染免疫范围。利用6种瘤胃球菌噬菌体的裂解液，研究了由phiRgPS6、phiRg507T2/2或phiRg507T2/3对溶源化ATCC 29149的敏感性(表1)。噬菌体不能抑制用相同噬菌体溶源的ATCC 29149培养物。此外，在phiRg507T2/2和phiRg507T2/3溶源的ATCC 29149菌株之间观察到交叉抗性，其中两种噬菌体的裂解物都不能裂解细菌形成斑块。

  表 1：含有前噬菌体的ATCC 29149对噬菌体的敏感性

  最后，研究人员对人胃中瘤胃球菌噬菌体的流行情况进行调查，本研究的16S rRNA数据集由45名CD、70名UC患者和32名健康个体组成。对具有代表性的16S rRNA基因排列的reads(97%的同源性)显示，与健康对照组相比，CD患者中该细菌的丰度增加(图3)。在9%的健康个体中检测到与瘤胃球菌噬菌体基因组对齐的序列，54%的CD患者和42%的UC患者。此外，在CD和UC个体的病毒组中检测到的对齐reads数最高(图3)。符合Norman等人报道的IBD和健康肠道微生物组和病毒组研究的序列数据。

  图 3：粪便16S rRNA中瘤胃球菌和病毒组序列数据。

  本研究结果表明，IBD患者肠道中细菌的高患病率和丰度与瘤胃球菌噬菌体之间可能存在正相关。这一结论引出了一些值得进一步研究的有趣问题。例如，如果大量的这类噬菌体可以与大量的细菌一起出现，这是否会导致肠道内宿主细菌的裂解事件增加?如果是这样，细菌裂解产物是否在刺激人类免疫系统中发挥作用?后续可以展开相关的研究。

  参考文献

  Buttimer C, Khokhlova EV, Stein L, Hueston CM, Govi B, Draper LA, Ross RP, Shkoporov AN, Hill C. Temperate bacteriophages infecting the mucin-degrading bacterium Ruminococcus gnavus from the human gut. Gut Microbes. 2023 Jan-Dec;15(1):2194794. doi: 10.1080/19490976.2023.2194794.