科學家闡明三種經典模式動物的“腸道密碼”

噬菌體占腸道病毒的90%以上，作為腸道菌群的關鍵調控因子，與炎癥性腸病、結直腸癌、糖尿病等疾病密切相關。盡管小鼠、豬和食蟹猴被廣泛用作腸道研究模型，其噬菌體多樣性仍缺乏系統認知，跨物種比較及與人類噬菌體的關聯機制研究近乎空白。

6月20日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所合成微生物組學研究中心馬迎飛團隊在國際學術期刊《微生物組》發表最新研究成果，研究團隊首次系統揭示了小鼠、豬、食蟹猴三種模式動物腸道噬菌體的組成特征與分布規律。深圳先進院合成所研究員馬迎飛為文章通訊作者，助理研究員于夢浩為文章第一作者。深圳先進院為該研究第一單位。

模式動物腸道噬菌體的比較及其與人類腸道微生物的關聯。研究人員供圖

團隊利用生物信息學方法，對約1500個小鼠、豬和食蟹猴腸道宏基因組進行高效標準化分析，成功構建了三種模式動物的高質量數據庫，其中包括977條小鼠、12896條豬以及1480條食蟹猴種水平、完整度超過90%的高質量病毒序列。經比對發現，大部分病毒序列屬于有尾噬菌體，顯著擴展了模式動物腸道噬菌體多樣性。基于基因組編碼的蛋白相似性，團隊在上述病毒序列中鑒定出了71個分布率超過60%的高分布病毒群。其中，分布率最高的5個病毒群與國際病毒分類委員會已知分類病毒關聯性較弱，但與其他物種的高分布病毒群存在關聯，提示模式動物腸道噬菌體可能存在跨物種傳播。

研究團隊在三組數據庫中共鑒定出315個crAss樣噬菌體，其中182個與腸肚噬菌體科親緣關系較近，部分形成獨立于已知屬的新分支。此外，研究團隊還在腸道數據庫中鑒定出245條基因組長度超過200kb的巨型噬菌體，部分攜帶CRISPR-Cas系統。值得注意的是，這些噬菌體編碼的Cas14蛋白結構完整，最小的僅含153個氨基酸，具備開發新型基因編輯工具的潛力。序列比對分析進一步揭示，這些巨型噬菌體的CRISPR間隔序列可匹配細菌、其他噬菌體甚至自身基因組片段，表明其CRISPR-Cas系統具有廣泛的潛在功能多樣性。

為了探究模式動物與人類腸道微生物的關聯性，團隊通過核酸和蛋白水平比對發現，食蟹猴的腸道微生物組與人類的相似性高于小鼠和豬。而在CRISPR spacer匹配分析中，食蟹猴數據庫的匹配成功率超過50%，進一步證實了食蟹猴是研究人類腸道微生物更理想的動物模型。

該研究拓展了模式動物腸道中噬菌體的多樣性，不僅為腸道微生物生態研究提供了寶貴的參考資源，也為后續開發新型噬菌體療法和基因編輯工具奠定了重要基礎。“未來，該研究的范圍或可拓展至腸道RNA病毒領域，探索噬菌體的功能機制及其與宿主的相互作用，有望在腸道病毒組的醫學應用領域取得更多突破性進展。”馬迎飛透露。

相關論文信息：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02144-4