9文聚焦肠道噬菌体：研究一日千里，转化指日可待 | 热心肠日报

今天是第1629期日报。

粪便病毒组移植的前景与局限（综述）

FEMS Microbiology Reviews[IF:13.92]

① 肠道中的噬菌体能感染细菌完成复制，通过无菌过滤粪便中的细菌成分进行粪便病毒组移植（FVT），可降低细菌感染风险；② 噬菌体群落介导的FVT能引起宿主代谢组、菌群结构变化，改善宿主健康，如治疗IBD、肥胖症和二型糖尿病等；③ FVT干预需考虑：噬菌体效价、供体的选择，噬菌体携带的毒性基因，及对宿主潜在的不良免疫反应等；④ 目前缺乏直接比较FVT与FMT有效性和安全性的研究，未来也需探究细菌和噬菌体间的互作，以确定起作用的噬菌体。

Bacteriophage-mediated manipulation of the gut microbiome-promises and presents limitations
06-04, doi: 10.1093/femsre/fuaa020

【主编评语】噬菌体是粪便病毒组的主要成员，能感染细菌，进而操纵肠道菌群，影响人体健康。FEMS Microbiology Reviews近期发表的一篇综述，讨论了用无菌过滤的供体粪便(含病毒、代谢物和细胞碎片，但不含完整的细菌细胞)替代FMT进行干预，对治疗IBD（炎症性肠病）、肥胖症和2型糖尿病等疾病的可能性，并阐述了噬菌体是如何通过FVT在肠道微生物组中发挥关键作用的。最后，文章还指出了未来使用FVT干预时应考虑的因素及安全隐患。值得一读！（@nana）

噬菌体疗法面临哪些挑战？如何应对？（综述）

Journal of Controlled Release[IF:7.727]

① 工程噬菌体操控肠道微生物组有一定的挑战，主要体现在4个方面；② 噬菌体细菌靶向特异性：可从自然资源中分离多价噬菌体，筛选仅针对目标细菌的噬菌体，并利用噬菌体工程改变宿主范围等；③ 克服细菌先天免疫以保护转导DNA：如克服基于DNA裂解和非DNA裂解的细菌免疫，使转导DNA长期保存；④ 基因表达量的调控：利用通用细菌表达资源系统及稳定表达系统调控目标基因表达；⑤ 重组DNA安全性的控制：利用主动、被动系统，确保重组DNA的安全性。

Challenges & opportunities for phage-based in situ microbiome engineering in the gut
06-19, doi: 10.1016/j.jconrel.2020.06.016

【主编评语】利用肠道中丰富的微生物生态系统，或可通过使用改造过的噬菌体在原位对微生物组进行基因改造。Journal of Controlled Release发表的综述，提出了利用工程噬菌体控制和操纵肠道微生物组所面临的挑战，如细菌靶向特异性、转导DNA的长期作用、基因表达调控、重组DNA安全性控制等。针对这些挑战，文章进一步提出了应对这些挑战的可操作性方法，以帮助发展基于噬菌体的原位微生物工程这一新兴领域，并力图在未来将其推展到临床。（@nana）

Cell 子刊：宏基因组数据分析，如何助力噬菌体疗法？

Cell Host and Microbe[IF:15.923]

① 对101名健康日本人的肠道病毒组和细菌组进行测序；② 基于噬菌体和CRISPR的分析方法，对来自同一粪便样品的细菌和病毒的基因组序列，进行细菌-噬菌体关联分析，阐明了温和噬菌体和烈性噬菌体与宿主细菌的关系；③ 宏基因组数据分析筛选出艰难梭菌特异性噬菌体，并鉴定出一种噬菌体来源的抗菌酶；④ 体外实验表明抗菌酶对艰难梭菌有溶解能力，在艰难梭菌感染小鼠模型中，抗菌酶可特异性降低小鼠死亡率。

Metagenome Data on Intestinal Phage-Bacteria Associations Aids the Development of Phage Therapy against Pathobionts
07-10, doi: 10.1016/j.chom.2020.06.005

【主编评语】噬菌体疗法是消除肠道有害细菌的高度特异性治疗方法。然而，噬菌体和肠道细菌之间的感染关系尚未完全阐明。Cell Host and Microbe发表的一篇文章，对101个健康日本人的肠道病毒组和细菌组进行了宏基因组分析，鉴定出能特异性控制病原微生物的噬菌体来源抗菌酶。利用抗菌酶干预艰难梭菌感染的小鼠，可以显著提高小鼠的成活率。本研究结果表明，基于宏基因组分析的宿主细菌-噬菌体关联信息，有利于改造噬菌体以消灭病原菌，并为开发各种与肠道菌群失调相关疾病的治疗方法提供借鉴。（@nana）

噬菌体治疗肠道细菌感染的新思路

mSystems[IF:6.633]

① 细菌耐药性水平增加对细菌感染治疗带来挑战，可开发一种基于基因组水平的温和噬菌体疗法，在不杀死细菌的前提下降低细菌毒力因子的表达；② 使用工程温和噬菌体λBH1可以抑制肠道细菌毒力因子的表达，并且使其宿主E. coli保持溶原状态；③ λBH2遗传修饰后，可以克服细菌中其它噬菌体的重复感染排斥效应；④ λBH2与E. coli933W体外共培养，可以抑制志贺毒素基因的表达；⑤ 小鼠实验表明λBH2噬菌体能降低E. coli933W中志贺毒素产生。

Stable Neutralization of a Virulence Factor in Bacteria Using Temperate Phage in the Mammalian Gut
01-28, doi: 10.1128/mSystems.00013-20

【主编评语】mSystems发表的一项研究，使用一种温和的噬菌体（一种能将自身基因组整合到细菌基因组中的噬菌体），通过在遗传水平上修改细菌的功能，来抑制毒性因子的表达。结果表明，单剂量的工程噬菌体可以在细菌中繁殖，并在肠道感染小鼠模型中减少志贺毒素的产生，且不会显著影响细菌浓度。本研究或提供了一种治疗肠道细菌感染的新思路。（@nana）

Nature 子刊：如何靶向改变肠道菌功能？口服递送噬菌体来帮忙

Nature Communications[IF:12.121]

① 表达核酸酶失活的Cas9的工程温和噬菌体λ，可在体外靶向抑制大肠杆菌基因表达；② 给定殖了大肠杆菌的小鼠，灌胃工程噬菌体进行干预，噬菌体可抑制大肠杆菌的基因表达，并且不会显著降低大肠杆菌浓度；③ 开发了基于微生物可降解的聚合物薄膜（外表采用抗酸的薄膜涂料），可在不影响噬菌体功能的情况下，保证噬菌体顺利到达大肠；④ 且能最大限度地提高口服给药的效果、减少潜在的生理肠道菌群结构破坏，实现肠道菌基因表达的精准调控。

In situ reprogramming of gut bacteria by oral delivery
10-06, doi: 10.1038/s41467-020-18614-2

【主编评语】调节肠道细菌功能可能是促进肠道健康的有效方法，但由于肠道的不可侵入性以及肠道细菌与宿主之间的相互联系，很难在不破坏微生物群和/或宿主生理的情况下精确定位细菌的功能。Nature communications近期发表的文章，报道了一种通过口服递送特殊材料包装的噬菌体影响肠道细菌基因表达的非侵入性策略。研究者首先确定了一种利用表达核酸酶失活的Cas9工程噬菌体对细菌的原位修饰方法。并且，为了提高噬菌体对胃酸和蛋白酶的耐受，帮助噬菌体顺利到达细菌丰度最高的大肠，并最低限度的降低对宿主生理和肠道菌群的干扰，研究者进一步开发一种微生物可降解包封材料。研究表明，通过特殊材料包装后口服递送工程噬菌体，可以实现小鼠肠道中细菌基因表达的精确修饰。本研究或提供了一种非侵入性的靶向改变肠道细菌功能的方法。推荐阅读！（@nana）

Nature子刊：荚膜多糖和脂蛋白或可影响多形拟杆菌对噬菌体的敏感性

Nature Microbiology[IF:15.54]

① 分离出的71种噬菌体可以感染有荚膜多糖（CPSs）而不能感染无荚膜多糖的的多形拟杆菌，暗示噬菌体以依赖于荚膜多糖的方式侵染；② 特定CPSs基因敲除菌株改变了对噬菌体的敏感性；③ 野生型多形拟杆菌cps位点表达发生改变，表现出噬菌体抗性，表明预先存在的CPS变异或有助于多形拟杆菌获得噬菌体抗性；④ CPSs缺失时，多形拟杆菌通过8种不同相变脂蛋白来免于噬菌体侵染；⑤ 小鼠模型表明，脂蛋白（BT1927）促进了多形拟杆菌对多种噬菌体的抗性。

Phase-variable capsular polysaccharides and lipoproteins modify bacteriophage susceptibility in Bacteroides thetaiotaomicron
06-29, doi: 10.1038/s41564-020-0746-5

【主编评语】细菌表面的结构决定了其自身与噬菌体的相互作用。人肠道中的拟杆菌能产生几种相位可变的荚膜多糖(CPSs)，但它们对噬菌体相互作用的贡献尚不清楚。Nature Microbiology发表的文章，为了了解CPSs如何影响拟杆菌-噬菌体间的相互作用，研究者从美国的两个地点分离了71种感染拟杆菌的噬菌体，发现多形拟杆菌的CPSs介导噬菌体对拟杆菌的侵染，并且当CPSs缺失的情况下，多形拟杆菌可通过改变相变脂蛋白的表达来逃脱噬菌体侵染。本研究结果揭示了细胞表面CPSs和脂蛋白的重要作用，或对噬菌体疗法具有重要意义。（@nana）

饮食中的原噬菌体诱导剂是如何影响肠道菌群的？

Gut Microbes[IF:7.74]

① 检测117种食品、化学添加剂和植物提取物对肠道菌的抗菌特性；② 甜叶菊和蜂胶提取物等28种化合物对肠道菌群有影响，表现出抗菌特性或具有益生元作用；③ 至少11种化合物能诱导VLPs（病毒样颗粒），如在多形拟杆菌中，甜菊糖甙、丁香和蜂胶显著诱导VLPs增加，熊果提取物、蜂胶和阿斯巴甜对粪肠杆菌中VLPs诱导显著，甜叶菊、葡萄柚籽提取物和牙膏对金黄色葡萄球菌中VLPs诱导显著；④ 调节原噬菌体来改变肠道菌群或为塑造肠道菌群提供新途径。

Dietary prophage inducers and antimicrobials: toward landscaping the human gut microbiome
01-13, doi: 10.1080/19490976.2019.1701353

【主编评语】在人体肠道内，每一个细菌细胞约含有1个病毒样颗粒(VLP)。这些VLPs大部分是dsDNA噬菌体。人类肠道中的大多数噬菌体属于温和噬菌体，并作为原噬菌体整合到细菌宿主的基因组中。研究表明，许多常见的食物和/或环境化合物可通过激活原噬菌体改变肠道菌群组成。Gut Microbes发表的文章，研究了三种常见肠道细菌和一种条件致病菌对117种常用食品、化学添加剂和植物提取物的反应。结果显示，包括甜菊糖和蜜蜂蜂胶提取物在内的11种化合物，显示出物种特异性生长抑制的原噬菌体诱导作用。以上结果表明，不同的食物可以通过调节温和噬菌体来改变肠道细菌的丰度，本结果或可为调节人类肠道微生物组提供了一条新的途径。（@nana）

Nature子刊：人肠道中的crAss样噬菌体是如何获得并进一步传播的？

Nature Communications[IF:12.121]

① crAss样噬菌体在刚出生婴儿肠道中很少被检测到，在出生一个月后越来越普遍；② 近一半母婴对中，母亲和婴儿具有几乎相同的crAss噬菌体基因组序列，表明crAss样噬菌体存在母婴垂直传播；③ 与母亲相比，婴儿获得典型crAss噬菌体（p-crAssphage）多样性减少，但其多样性在定殖后逐渐增高；④ 婴儿样本中存在尾纤维蛋白的非同义多等位基因变异，表明非同义等位基因多样性有益，例如具有感染更广泛宿主的能力；⑤ p-crAssphage可通过FMT获得。

Acquisition, transmission and strain diversity of human gut-colonizing crAss-like phages
01-15, doi: 10.1038/s41467-019-14103-3

【主编评语】crAss样噬菌体是双链DNA病毒，普遍存在于人类肠道微生物群落中。Nature Communications发表的文章，分别分析了母婴肠道和接受粪菌移植患者的肠道宏基因组数据，评估了crAss样噬菌体获得、传播模式及p-crAssphage噬菌体多样性（crAss样噬菌体的一种）。（@nana）

肠道菌中的原噬菌体如何影响细菌-噬菌体的的协同进化？

ISME Journal[IF:9.18]

① 肠道罗斯拜瑞氏菌（R. intestinalis） L1-82含有2种活跃的原噬菌体，Jekyll和Shimadzu；② Shimadzu噬菌体的高致病性突变体侵犯了简化的肠道生态系统，溶解了绝大多数的易感细菌；③ 通过短回文重复序列（CRISPR）中噬菌体DNA的捕获，噬菌体感染能驱动宿主的噬菌体抗性的快速进化；④ 同时，细菌的噬菌体抗性还来源于一种新的免疫型噬菌体的溶原化；⑤ 原噬菌体不总处于休眠状态，在肠道菌群组成的短期瞬时变化中起主要作用。

The enemy from within: a prophage of Roseburia intestinalis systematically turns lytic in the mouse gut, driving bacterial adaptation by CRISPR spacer acquisition
2019-12-11, doi: 10.1038/s41396-019-0566-x

【主编评语】环境因素，如食物或抗生素的使用，会改变肠道菌群的组成，但它们的总体影响仍然相对较低，而噬菌体可能是解释物种丰度随时间变化的重要因素。肠道细菌内藏有大量的原噬菌体或休眠病毒，这些病毒可进化为极具毒性的噬菌体突变体，可能导致重要的细菌死亡。这种现象是否会在哺乳动物的微生物群中发生尚不清楚。ISME Journal发表的一篇文章，研究了温和噬菌体在定殖了Roseburia intestinalis L1-82和大肠杆菌小鼠中的协同进化。结果表明，Roseburia intestinalis L1-82超毒性突变噬菌体Shimadzu侵入了这个简化的肠道生态系统，并溶解绝大多数易感细菌，且噬菌体介导的细菌死亡驱动了细菌噬菌体抗性的快速进化。本研究表明，原噬菌体并不总是处于休眠状态，且在微生物群组成的短期时间变化中发挥重要作用。（@nana）

感谢本期日报的创作者：湖人总冠军，Jack Chen，Unbroken，大月半，徐笑，王文东

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