糖尿病是慢病当中最普遍的一种疾病。国际糖尿病联盟公布的第七版糖尿病地图显示，中国糖尿病患者数量位居全球首位，有1.096亿人。已有研究虽然发现了人体肠道细菌菌群与糖尿病之间的关系，但却往往忽略了肠道微生物组中种类丰富、数量巨大的噬菌体的作用。
日前，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所（筹）（以下简称“合成所”）研究团队首次证实了人体肠道噬菌体组和糖尿病的关联性，文章于2月1日在线发表于国际权威学术期刊《微生物组》（Microbiome）。
噬菌体 VS 细菌：不仅仅是“捕食关系”这么简单
噬菌体，顾名思义，是侵袭细菌的病毒。噬菌体与细菌，一个是捕食者，一个是被捕食者。此前科学家认为，肠道菌群的变化会影响噬菌体的组成差异，二者在人体肠道内“此消彼长”，维持着人体肠道的动态平衡。
但日前，合成所科研团队首次发现，人肠道噬菌体组对人体健康可能有着重要的影响。科学家收集分析了370名 II 型糖尿病患者和正常对照样本，研究结果显示，肠道噬菌体在糖尿病患者肠道中的数量（包括总数与不同噬菌体群数量）显著高于对照组。
图为噬菌体，图片来源于网络
“也就是说，人体肠道细菌与噬菌体之间不是简单的‘此消彼长’，存在着复杂的关系网络。”该文章的第一作者和通讯作者、合成所马迎飞研究员表示。该所刘陈立研究员为本文共同通讯作者。
近期，《细胞》（Cell）发表的一项名为“Disease-Specific Alterations in the Enteric Virome in Inflammatory Bowel Disease（在炎症性肠病中肠道病毒组的特异性改变）”的工作，也揭示了人肠道病毒——主要是噬菌体的多样性升高与炎症性肠病之间的关系。这两项工作都暗示着，噬菌体—细菌—宿主两两之间存在着相互作用，这种关系有可能影响着人体的健康。
“解析这些关系将是该领域的研究热点，合成生物学将为研究和利用这些关系提供新的视角。”马迎飞表示。
肠道噬菌体：可能是宿主细菌“雪中送炭的好朋友”
但是，人们目前对于噬菌体的认识还非常匮乏。主要是因为噬菌体的繁殖需要严格依赖宿主菌，而当前绝大多数肠道细菌和环境细菌难以获得纯培养。
既然无法从传统的培养方法入手，新兴的生物信息学分析方法为噬菌体的研究瓶颈提供了全新的解决方案。生物信息学是一门利用计算机技术去采集、处理和分析生物信息，研究生物系统规律的学科。
人体肠道噬菌体组的鉴定分析流程
合成所科研团队首次利用已有的人体肠道微生物大数据，开发了一系列生物信息学分析方法，通过特征基因等挖掘其中的噬菌体基因组序列，最终鉴定出了大量的全新肠道噬菌体，揭示了肠道噬菌体组的多样性和新颖性。
专一感染拟杆菌的肠道噬菌体序列
“通过对这些噬菌体基因组序列的分析，我们还发现，这些噬菌体携带着大量的功能基因，这些基因和宿主细菌在肠道环境中的生存适应性相关。”马迎飞表示。
也就是说，噬菌体与细菌之间并不是单纯地“相爱相杀”，噬菌体所携带的多种适应性基因，也可以帮助细菌在人体的肠道环境中更好地适应，“从某种程度上来讲，肠道噬菌体更像是宿主细菌‘雪中送炭的朋友’”，他比喻道。
合成生物学改造噬菌体，能治病
刚刚过去的2017年，是噬菌体被发现的100周年。噬菌体自被发现伊始就成为遗传学和分子生物学，乃至合成生物学研究中重要的模式生物，世界上第一个合成生物体就是噬菌体。
噬菌体是一类专一感染细菌的病毒，被认为是细菌的“天敌”，它的专一性让其可以精确地靶向某种细菌。相较于传统的菌群移植和抗生素治疗法，利用合成生物学方法改造噬菌体，可以更加安全、准确地调节肠道菌群。
同时，噬菌体作为细菌的天敌，2014年被美国国立卫生研究院列为对抗耐药菌的武器之一。
深圳先进院的这项研究为研究者们提供了丰富的肠道噬菌体的信息，使科研人员可以通过合成生物学的方法合成、改造肠道噬菌体，并为应用噬菌体干预肠道菌群，预防和治疗某些疾病提供了依据。
该项目获得了国家自然科学基金、973项目、863项目、深圳市基础研究学科布局以及深圳市孔雀团队等基金的资助。
作者:姜天海
