本文最初刊登于 Knowable Magazine。
你可能听说过 微生物组——那些生活在我们肠道中的细菌和其他微小生物群体。现在，事实证明，这些细菌周围存在着病毒——这对它们和我们都有重要的影响。
认识一下噬菌体组。
人类消化系统中存在着数十亿，甚至可能数万亿的这些病毒，它们被称为噬菌体（希腊语意为“吞噬细菌者”），或者对它们的朋友来说就是“噬菌体”。科罗拉多大学安舒茨医学院的细菌学家 Breck Duerkop 表示，噬菌体组科学近期呈指数级增长，研究人员正在 努力了解它们的巨大多样性。研究人员推测，如果医生能够利用或靶向正确的噬菌体，他们或许能够改善人类健康。
“最终会出现好的噬菌体和坏的噬菌体，”斯坦福医学院的传染病医生兼研究员 Paul Bollyky 说。但目前，肠道中有多少噬菌体尚不清楚——可能每有一个细菌细胞就有一个噬菌体，甚至更少。还有一些细菌含有噬菌体基因，但没有 actively 产生病毒；这些细菌只是带着噬菌体 DNA 标签在它们的基因组中生活着。
还有许多噬菌体仍未被识别；科学家称它们为噬菌体组的“暗物质”。当前噬菌体研究的一个重要部分是识别这些病毒及其宿主细菌。肠道噬菌体数据库包含 超过 140,000 种噬菌体，但这肯定是一个低估。“它们的种类简直太惊人了，”爱尔兰科克大学学院的微生物学家 Colin Hill 说。
科学家通过筛选从人类粪便样本中提取的基因序列来寻找噬菌体。研究人员正是在那里 发现了最常见的肠道噬菌体群，称为 crAssphage。（别想歪了——它们的名字来源于“cross-assembly”（交叉组装）这个技术，它从基因的混杂中提取出了它们的基因。）在一项最近的研究中，Hill 和同事们 详细描述了 crAssphages 的灯泡状形状，具有一个 20 面的身体和一个用于将 DNA 注入宿主细菌的茎。
目前尚不清楚 crAssphages 是否对人类健康有影响，但考虑到它们感染了最常见的肠道细菌群之一—— Bacteroides，Hill 认为它们有影响也并不奇怪。其他常见的群落，也感染 Bacteroides， 包括 Gubaphage（gut bacteroidales phage）（肠道拟杆菌属噬菌体） 和 LoVEphage（lots of viral genetic elements）（大量病毒遗传元件）。
噬菌体组因人而异。它们还 随着年龄、性别、饮食和生活方式的变化而变化，正如 Hill 和同事在 2023 年《微生物学年鉴》中所描述的。
尽管噬菌体感染细菌，有时也会杀死它们，但这种关系 比这要复杂得多。Hill 说：“我们过去认为噬菌体和细菌在战斗，”但现在我们知道它们实际上在跳舞；它们是伙伴。”
噬菌体可以通过带来新基因来使细菌受益。当一个噬菌体颗粒在被感染的细菌内部组装时，它有时会将其蛋白质外壳与自己的遗传物质一起装入细菌基因。Duerkop 说，随后，它将这些基因注入一个新的宿主，而这些意外转移的基因可能是有益的。它们可能提供抗生素耐药性或消化新物质的能力。
Hill 说，噬菌体通过不断地“在它们脚边啃咬”，使细菌种群保持健康。 Bacteroides 细菌的外部表面可以显示多达十几种糖类外壳。不同的外壳有不同的优势：例如，逃避免疫系统，或占据消化系统的不同角落。但 Hill 说，当 crAssphages 存在时， Bacteroides 必须不断改变外壳来躲避能够识别某种外壳的噬菌体。结果是：在任何给定时间，都会有不同外壳类型的 Bacteroides 存在，这使得整个种群能够 占据多种生态位或应对新的挑战。
噬菌体还能防止细菌种群失控。肠道就像森林一样是一个生态系统，而噬菌体就像狼是鹿的捕食者一样是细菌的捕食者。肠道需要噬菌体，就像森林需要狼一样。当这些捕食者-猎物关系发生改变时，疾病就会随之而来。研究人员在炎症性肠病 (IBS)、肠易激综合征和结直肠癌中观察到了噬菌体组的变化——例如，患有 IBS 的人的病毒生态系统通常 多样性较低。
人们试图通过饮食或在极端医疗情况下通过 粪便移植来重新平衡肠道微生物组。Hill 说，靶向噬菌体可能提供一种更精细的方法。例如，科学家正在寻找可用于治疗的噬菌体，以 感染引起溃疡的细菌。
感谢管理你肠道生态系统的数万亿噬菌体。Hill 认为，如果没有它们，几种细菌可能会迅速占据主导地位——可能导致你无法消化某些食物，并伴随胀气和腹胀。
奇妙而又狂野的噬菌体组，是细菌和人类共同的舞伴。
本文最初发布于 Knowable Magazine，这是一个来自《年鉴评论》的独立新闻项目。订阅通讯。
