肠道细菌噬菌体的系统分离与应用

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随着全球抗生素的滥用,耐药细菌不断增加,人类进入后抗生素时代。因此迫切需要开发一种新的抗菌剂来代替现有的抗生素制品。而噬菌体因其特异性强、灵敏度高、能随宿主一起进化等优点重新走进人们的视野。研究表明,肠道菌群尤其是肠道共生菌在人类疾病当中发挥重要作用,然而我们对其因果关系并不是十分清楚。要想了解这种因果关系,就必须通过添加或敲除某种菌群以此来看其对人类肠道的影响。而噬菌体作为一种特异性侵染细菌的病毒可以发挥这种敲除作用。目前虽然通过宏基因组预测的方式得到了很多病毒序列,但现有的噬菌体是非常少的,并且很多肠道病毒文库中的噬菌体找不对其对应的宿主。因此需要分离出更多的噬菌体并建立其与宿主之间的联系。该项目旨在通过单菌培养的方式从粪便上清中富集噬菌体,得到一个肠道菌群的噬菌体库,从而为调节这些细菌并了解它们在疾病中的因果关系提供实体的工具。研究结果如下:(1)新肠道噬菌体的系统发现。本研究通过混合培养的72株肠道细菌与粪便上清共孵育的方式,一次得到这些细菌的噬菌体。从孵育后的样本上清中提取噬菌体颗粒基因组进行二代测序,共组装出637条噬菌体片段。通过与“人类肠道病毒数据库(Gut Virome Database,GVD)”进行序列比对,只有30条序列与公共数据重叠,而其余的600多条很可能是新的噬菌体。这表明本研究方法可得到很多没有被数据库覆盖的病毒序列,是公共数据的有益补充。由于GVD中的数据都是软件注释所得,本研究得到的新噬菌体为后续从软件角度识别新的噬菌体提供参考。(2)建立肠道菌群噬菌体库。依据健康人肠道菌群数据,挑选72株丰度较高、具代表性的肠道细菌。通过单菌培养方式,与粪便噬菌体浓缩液共培养,以系统分离、培养、鉴定这些常见肠道细菌的噬菌体。本研究共处理了72株单菌与粪便上清的组合,鉴定出16株细菌的17株噬菌体。(3)新噬菌体杀菌能力及功能验证。本研究还对分离出的噬菌体进行测序,通过比较分析,证实其中的a1869为一株新噬菌体,其宿主为植物乳杆菌CNGBCC 1800069。它的基因组为线性双链DNA,全长79,928 bp,G/C含量为36.95%,以及具有125个编码序列(CDSs)。并且基因组中包含DNA包装、形态发生、裂解和DNA复制等功能簇。通过电镜和基因组分析,表明该噬菌体属于Siphoviridae家族,潜伏期短,不耐高温强酸环境。实验表明,其低MOI条件下仍能抑制植物乳杆菌CNGBCC 1800069长达10小时的生长,且寄主范围较窄。综上所述,本方法可以得到大量公共数据库中不能得到的噬菌体,并通过单菌培养的方式建立相关菌株的噬菌体实体库。此外,我们还对一株新的植物乳杆菌噬菌体a1869进行功能研究,发现它确实对其宿主菌具有特异性杀伤作用。本研究所用方法可进一步扩展,为所有肠道细菌找到对应的噬菌体,为后续精准调控肠道细菌奠定良好基础。
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