人體腸道中生活著數(shù)萬億的微生物，其中細(xì)菌占據(jù)了絕大部分，成年人腸道中細(xì)菌的數(shù)量和人體細(xì)胞數(shù)量相當(dāng)或者更多。腸道里有著大量細(xì)菌，也有著專門“感染”并殺死細(xì)菌的病毒——噬菌體。解析腸道微生物群落中的噬菌體結(jié)構(gòu)、組成和功能，對于開展針對腸道重要致病菌的噬菌體療法至關(guān)重要。

此前，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院馬迎飛團(tuán)隊聯(lián)合醫(yī)院實現(xiàn)了深圳市首例應(yīng)用噬菌體治療耐藥鮑曼不動桿菌肺部感染的臨床試驗，展示了噬菌體治療臨床超級耐藥菌的感染方面具有極大的應(yīng)用價值。

4月12日，國際期刊 Cell Host&Microbe在線發(fā)表了一項最新研究成果，該工作首次建立了大規(guī)模腸道主要細(xì)菌噬菌體培養(yǎng)組技術(shù)，利用噬菌體培養(yǎng)物解析了腸道細(xì)菌和噬菌體長期共存的可能機(jī)制，并展示了這些噬菌體在腸道菌群調(diào)控中的應(yīng)用潛力。

開發(fā)噬菌體培養(yǎng)組技術(shù)有效調(diào)節(jié)腸道菌群 來源：科研團(tuán)隊供圖

深圳先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所馬迎飛研究員和戴磊研究員為該論文的共同通訊作者，助理研究員沈俊濤為該論文的第一作者，該研究工作依托深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施完成。

開發(fā)噬菌體培養(yǎng)組技術(shù)

研究顯示，噬菌體是人體微生態(tài)系統(tǒng)中最多樣化卻仍未被準(zhǔn)確識別的成分，它們和其宿主細(xì)菌之間的相互作用影響著人體健康。利用噬菌體療法精準(zhǔn)靶向調(diào)節(jié)腸道菌群是當(dāng)前腸道微生物研究的前沿領(lǐng)域。

此前，宏基因組研究已從腸道微生物組中鑒定了大量的噬菌體基因組序列，發(fā)現(xiàn)腸道中細(xì)菌和噬菌體可以長期穩(wěn)定共存，它們能夠穩(wěn)定共存的機(jī)制是什么？能否利用噬菌體精準(zhǔn)靶向調(diào)節(jié)腸道微生物的組成？

為此，科研團(tuán)隊在前期人體腸道細(xì)菌培養(yǎng)組工作的基礎(chǔ)之上，開發(fā)了一系列針對腸道主要共生細(xì)菌的噬菌體分離培養(yǎng)技術(shù)。

“我們通過測試源自健康人的411株腸道共生細(xì)菌中，成功獲得了可以分別侵染其中42個種細(xì)菌的209株非冗余噬菌體，以人體腸道主要共生細(xì)菌擬桿菌和副擬桿菌為例，對噬菌體與細(xì)菌的復(fù)雜互作關(guān)系進(jìn)行了探究，并展示了這些噬菌體培養(yǎng)物在腸道菌群調(diào)控中的價值”，馬迎飛研究員說道。

這209株噬菌體組成了人體腸道噬菌體資源庫GPIC（Gut Phage Isolates Collection）。GPIC中的噬菌體能針對性侵染42種人腸道主要細(xì)菌，包括15種擬桿菌、19種厚壁菌、4種放線菌和4種變形菌。

“簡單來說，團(tuán)隊建立了一個人體腸道主要共生細(xì)菌的噬菌體培養(yǎng)組資源庫，拓展人們對于腸道微生物的認(rèn)識”，戴磊研究員說道。

噬菌體療法實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控腸道微生物組

科研團(tuán)隊從這些噬菌體中選擇了8種專門針對脆弱擬桿菌的噬菌體混合到一起，加入到糞便樣本的腸道菌群體外培養(yǎng)物中。混合噬菌體添加24 小時后，脆弱擬桿菌的豐度均顯著降低，同時伴隨著菌群組成的劇烈變化。體外實驗的成功說明，科學(xué)家對“精準(zhǔn)狙殺腸道中某一種細(xì)菌”這一工作，邁出了可行的第一步。

該研究歷時近4年，為在前期開發(fā)有效方法，科研團(tuán)隊對多種不同的噬菌體分離流程進(jìn)行了測試與優(yōu)化，依托深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，最終成功建立了適用于腸道共生細(xì)菌的噬菌體分離培養(yǎng)技術(shù)。

未來，研究團(tuán)隊將利用這一資源開展腸道噬菌體和細(xì)菌的互作研究，以深入了解腸道微生物組的多樣性、功能和作用，為預(yù)防和治療相關(guān)疾病提供新的思路和方法，為最終實現(xiàn)基于噬菌體療法的人體腸道微生物組工程奠定良好基礎(chǔ)。

“本研究代表了最早且規(guī)模相對較大的‘腸道噬菌體培養(yǎng)組學(xué)’研究。這樣的研究是非常及時且重要的，在過去幾年中科學(xué)家們收集了大量關(guān)于人類腸道噬菌體宏基因組學(xué)的數(shù)據(jù)，但是很少有感染主要腸道細(xì)菌的噬菌體被分離出來并可用于體外和體內(nèi)實驗。本研究建立的噬菌體資源庫將成為噬菌體科學(xué)家和微生物組科學(xué)家非常寶貴的資源，有助于闡明噬菌體在腸道微生物組中的作用，并支持基于噬菌體的腸道菌群調(diào)節(jié)在科學(xué)研究和治療中的應(yīng)用”，期刊審稿人評價道。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.03.013