Microbiome | 宏基因组分析揭示三种模式动物小鼠、猪、食蟹猴肠道噬菌体多样性

近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所合成微生物组学研究中心马迎飞团队在国际学术期刊 MicrobiomeMetagenomic analysis reveals gut phage diversity across three mammalian models的文章。

文章上线截图

小鼠、猪、食蟹猴是肠道微生物研究中常用的模式动物，然而目前仍缺乏对其肠道噬菌体多样性的系统性研究，对不同模式动物之间肠道噬菌体的比较分析仍为空白，它们与人类肠道微生物的关联性也尚不明晰。当前科学家们对模式动物肠道中细菌组分的研究已经产生了大量宏基因组数据，病毒鉴定工具不断迭代促进了高质量肠道病毒的发现。

基于以上背景，研究团队以三种模式动物肠道宏基因组数据为研究对象，利用生物信息学方法， 从 407 、 980 、 110 个小鼠、猪、食蟹猴肠道宏基因组中挖掘得到 977 、 12896 、 1480 条种水平完整度 >=90% 的高质量病毒序列，分别构成 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 数据库。经比对发现其中大部分与已知病毒数据库 ICTV 和 IMG/VR 相似度较低，属于有尾噬菌体，说明 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 扩展了模式动物肠道中噬菌体的多样性。

经分布率估计，团队发现 71 个分布率 >=60% 的高分布病毒群，还发现小鼠、猪、食蟹猴肠道中分布率最高的 5 个病毒群（ TOP5 ）与分类信息已知的 ICTV 病毒关联性不强，但有趣的是，部分来自不同模式动物的 TOP5 病毒群存在关联（图1）。

图1 模式动物肠道中存在相互关联的高分布病毒群

crAss 样噬菌体在人类肠道中大量存在，属于 Crassvirales 目，包括 Intestiviridae 、 Crevaviridae 、 Suoliviridae 、 Steigviridae 四个科，研究者在模式动物肠道噬菌体中鉴定到 315 条 crAss 样噬菌体（图2）。其中 182 个 crAss 样噬菌体与 Steigviridae 科距离较近，但与已知属相互分离， 说明模式动物肠道 crAss 样噬菌体至少在属水平上扩展了 Crassvirales 目的多样性。

图2 模式动物肠道中的crAss样噬菌体

此外，研究团队 鉴定到了 243 条基因组长度 >=200kb 的巨型噬菌体。功能分析显示，部分巨型噬菌体包含 CRISPR-Cas 系统，其中部分 Cas14 蛋白结构域完整，最短的仅由 153 个氨基酸构成，具有作为基因编辑工具的潜力。经比对发现，模式动物肠道巨型噬菌体编码的部分 CRISPR 间隔 spacer 序列与细菌、其它噬菌体、或自身基因组片段相匹配，暗示着模式动物肠道中巨型噬菌体编码的 CRISPR-Cas 系统功能的复杂性（图3）。

图3 模式动物肠道中的部分巨型噬菌体包含CRISPR-Cas系统

研究团队从种、属、功能注释三个维度，分别比较 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 的异同，发现与 hcMGV 相比， hcPGV 和 hcCMGV 之间的相似性更高（图4）。

图4 模式动物肠道噬菌体的比较

为了探索模式动物肠道噬菌体与人类肠道微生物的关联，研究者对 hcMGV 、 hcPGV 、 hcCMGV 与人类肠道病毒数据库进行比对，发现在核酸、蛋白水平， hcCMGV 持续性表现出高于 hcMGV 和 hcPGV 的相似性（图5）。在与人类肠道微生物 CRISPR spacer 的匹配研究中，超过半数的 hcCMGV （ 55.88% ）匹配成功，明显高于 hcMGV 的 33.47% 或 hcPGV 的 31.32% ，进一步说明 hcCMGV 与人类肠道微生物关联更为密切。

图5 模式动物肠道噬菌体与人类肠道并对的比对

综上所述，本研究对三种模式动物的高质量肠道噬菌体进行深入挖掘和全面分析，揭示了小鼠、猪、食蟹猴肠道噬菌体的多样性，为未来相关研究提供了高质量的参考数据。此外，研究者 发现了一些广泛存在的新型病毒类群 ， 首次揭示了模式动物肠道中 cr A ss 样噬菌体 和巨型噬菌体的多样性 。 综合比较分析显示 ， 猪、食蟹猴之间肠道噬菌体关联性高于小鼠 ， 食蟹猴肠道噬菌体与人类肠道微生物的关联更为密切。

中国科学院深圳先进技术研究院马迎飞研究员为文章的通讯作者， 其团队助理研究员于梦浩 为文章第一作者。

原文链接：：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-025-02144-4

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。