肠道微生物组≠细菌,Nature 最新论文发现人类肠道中最丰富的病毒作用机制

来源: 生物通 / 作者: 万纹 / 时间: 2020-11-19
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一组科学家们发现了人类肠道中常见的病毒是如何感染并接管细菌细胞的,这一发现可用于控制肠道微生物组的组成,这对人类健康至关重要。

相关研究成果公布在 Nature 杂志上,这一研究有助于工程化生产可以生成药物,清除污染物的有益细菌。

CrAss 样噬菌体是人类肠道中最丰富的病毒,它的名称来自 crAssphage,即 “交叉装配噬菌体”,发现这种微生物是在研究人员分析可公开获得的人类粪便基因组时,令人惊讶的是,科学家们最终发现这种仅在 2014 年发现的 crAssphage 是人类肠道中含量最高的噬菌体。后来,包括本文共同作者 Eugene Koonin 在内的研究小组发现了更多此类病毒。

“CrAssphages 是感染人类肠道细菌最丰富的病毒。因此,它们很可能控制了我们的肠道微生物组。了解这些微小病毒如何感染细菌,可以通过增加肠道中有益细菌的比例或减少有害细菌的数量来控制和操纵微生物组的组成,从而促进健康并抗击疾病。”

科学家发现 crAssphages 使用自己的酶(一种 RNA 聚合酶)来复制其基因的 RNA。RNA 具有制造蛋白质的遗传信息。从细菌到人类的所有细胞都使用这种酶来制造其基因的 RNA 副本。这些酶在所有生物中都非常相似,这表明它们是古老的,并且有共同的血统。

当研究小组确定了 crAssphage 酶的原子结构时,他们惊讶地发现它不同于其他 RNA 聚合酶,但与人类和其他高级生物中的一种酶类似,后者与 RNA 干扰密切相关。这种干扰使某些基因的功能沉默,并可能导致某些疾病。

文章通讯作者 Konstantin Severinov 说:“这是一个令人震惊的结果。RNA 干扰的酶作用过程被认为是仅在高等生物的细胞中发生的过程,是从祖传细菌病毒中‘借来’的,这一结果指出了高等生物细胞如何通过混合和匹配简单细胞,甚至其病毒的成分而进化。”

“这项研究除了提出了新的进化见解之外,这些噬菌体(病毒)酶,如 crAssphage RNA 聚合酶还可用于合成生物学,产生自然界中不存在的遗传回路。”

作者表示,合成生物学涉及重新设计生物体,以便它们可以生产例如药物,营养物或燃料,感知环境中的某些事物或清除污染物。

Severinov 说:“我们现在正在尝试将肠道中的数千种不同的狂犬病病毒与它们感染的细菌宿主相匹配。通过采用细菌病毒,我们将能够清除感染的细菌,这将使我们能够有针对性地改变肠道微生物组的组成。”

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