当我们听到“微生物组”一词时,会立即想到细菌,但其实微生物组是特定环境中所有微生物的总和,一般是指代这些微生物的遗传物质之和。因此,除细菌外,微生物组还包括病毒(病毒)和真菌(真菌组)以及其他原生生物等。迄今为止,科学家对病毒或真菌组的关注相对较少。
人类疾病中有50%是由病毒引起的,人类疾病的历史就是人类与病毒不断斗争的历史,但病毒不都是坏的,也有部分“好病毒”。尽管“好病毒”在人类健康中的作用仍然相对神秘,但科学家们也在逐步探索,而噬菌体便是其一。噬菌体是感染细菌、真菌、藻类、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称,属于病毒的一种,其特别之处是专以细菌为宿主,因部分能引起宿主菌的裂解,故称为噬菌体。
噬菌体结构(图片来源:图虫创意)
噬菌体细菌和微生物组在健康和疾病中的作用一直处于医学研究的最前沿,现在已经确定如果没有这些“好病毒”(人体的微生物组)的存在,人类将无法繁荣发展。
What is the virome?病毒已经在人体的一系列生态环境中占据了上风,尤其是在粘膜表面,例如鼻子和嘴巴内部以及肠壁上。肠道病毒包含的病毒种类最多,也因此受到最多的研究和关注。
病毒可导致人类发生天花,肝炎,艾滋病毒和狂犬病等烈性疾病,由于病毒性疾病带来的紧迫性,这些“坏病毒”占据了研究人员大部分时间。但是,也有许多病毒对人类细胞没有丝毫兴趣,属于“好病毒”。
Introducing the bacteriophage科学家认为病毒感染是“微生物组中最大,最多样化和最具活力的部分”,而我们体内的大多数病毒都是噬菌体。哪里有细菌,哪里就有很多噬菌体。
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正如研究人员所解释的那样:“噬菌体是地球上最丰富的生命形式,几乎无处不在。”
噬菌体感染细菌,控制其细胞机制,并利用其复制细菌的遗传物质。
Phage therapy从1920年到1950年,科学家研究了噬菌体是否可用于治疗细菌感染,发现噬菌体疗法既有效,又没有副作用。抗生素出现后,人们发现噬菌体治疗退烧时,既可以生产抗生素,还可以*死各种各样的细菌。
在当下高医疗水平以及抗生素具有令人担忧的耐药性的背景下,噬菌体疗法可能会重新流行起来。
噬菌体疗法的吸引力之一是特异性。通常,抗生素会消灭各种各样的细菌,而噬菌体仅针对同一细菌物种中的一小部分菌株。另外,它们仅在目标细菌位于本地区域时复制,意味着它们仅攻击所需的细菌,并且会持续攻击到消灭感染为止。
Friends for life噬菌体在人体发育早期就已存在,一项研究检查了新生儿的胎粪,没有发现噬菌体,然而婴儿出生1周后再次检测发现,每克粪便中约含有1亿个病毒颗粒,其中大部分是噬菌体。
每个人体内都有不同的噬菌体选择,饮食基本相同的人有更多相似之处,但总的来说,人体内的噬菌体差异很大。
From symbiosis to dysbiosis如上所述,噬菌体会破坏细菌结构,但是在某些情况下,噬菌体也可以使细菌种群受益。
在肠道中,噬菌体的遗传密码会整合到细菌的基因组中,如果被激活就可以再次产生噬菌体,在这一过程中噬菌体对细菌无害,并以共生的形式存在。
因为细菌可以互相交换遗传物质,所以噬菌体的遗传密码也可以在单个细菌之间转移。它们可以与不同细菌物种之间交换抗生素抗性、毒力或代谢途径相关的基因,这会使某些细菌受益,从而可能扩大它们的生态圈。但是,这种生长也可能会损害肠道中其他细菌菌落。
噬菌体与其宿主细菌共生,而这些细菌与我们的身体共生。因此,噬菌体可以间接地为人体带来好处,这不仅仅是宿主细菌细胞能立即感受到的好处。
但是噬菌体一旦开始活跃(例如,在压力时期或宿主细菌处于危险之中),它们就会引起肠道微生物群落的广泛变化。从无害的噬菌体到所谓的裂解噬菌体的转变可以消灭细菌群落,潜在地为“坏细菌”提供一定的呼吸空间,并使它们充满空隙,并可能导致营养不良(微生物失衡)。
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From dysbiosis to diagnosis营养不良的发生与一系列疾病有关,包括炎症性肠病、慢性疲劳综合症、肥胖症、艰难梭菌感染和结肠炎。但是,科学家目前还不确定噬菌体在这些疾病情况下的作用。在这些情况下,营养不良可能通过一些机制发生,或者是一些疾病的征兆,而不是导致疾病发生的原因。
研究人员已经观察到肠道细菌在多种疾病中的变化,包括II型糖尿病、精神分裂症、抑郁症、焦虑症和帕金森氏病等。其中噬菌体数量超过了肠道中细菌的数量,并依赖细菌复制,因此它们会受到细菌的影响或参与细菌影响机体的过程。
一般来说,噬菌体不会推动肠道菌群的改变,就算是必须参与的改变可能也不会导致疾病。取而代之的是,噬菌体种群可能因为肠道细菌发生变化而被动地改变了。
噬菌体群落的数量改变对健康很重要,虽然具体作用还有待调查。但是,即使它不是疾病病理学中的关键,对噬菌体数量波动的认识也可能会带来其他好处。例如,作为诊断标记可以确定肠炎患者肠道病毒的特异性变化。
The trouble with viruses研究细菌绝非易事,毕竟细菌的直径通常为0.4-10微米,病毒直径仅为0.02-0.4微米。如果想了解种群中存在哪些细菌,一定要提取其遗传信息。
研究人员最常使用的是16S rRNA,16S rRNA基因是细菌上编码rRNA相对应的DNA序列,这个特殊的基因几乎可以在所有细菌中找到,并且在进化过程中相对保持不变。但是,16S RNA的某些区域是有差异的,这些差异可以使研究人员识别菌种。
另一方面,病毒在物种之间不共享任何等效基因,在过去很长一段时间里,这使病毒体的研究几乎成为不可能,但是最新的测序技术正在慢慢消除研究障碍。
在现阶段,病毒对健康的促进作用远小于其对疾病的促进作用。但不可否认的是,病毒也很可能在维持身体健康中扮演重要角色。随着研究技术的进步,它们的全部作用将被逐渐挖掘。