近期，四川大学最新在《Nature Communications》期刊上(IF=16.6)发表的“A metagenomic catalog of the early-life human gut virome”研究论文中，通过对宏病毒组结果进行分析，提供了最全面和最完整的生命早期人类肠道病毒组蓝图。

• 期刊：Nature Communications

• 影响因子：16.6

• 发表时间：2024.02

• 样本类型：人类粪便

• Doi:10.1038/s41467-024-45793-z

背景研究

健康的肠道微生物群对人类一生的最佳健康很重要，特别是，人类生命早期肠道微生物群是肠道内稳态和婴儿健康的关键驱动因素。然而，病毒组成（被称为“病毒体”）大多仍未被探索。本研究从已发表的人类宏基因组数据中筛选病毒序列，进行分析处理，最终建立了人类早期生命肠道病毒体（ELGV）目录，为揭示病毒体与生命早期健康和疾病的隐藏联系提供了数据支持。

实验设计

图 技术路线

实验结果

1. 覆盖DNA和RNA病毒的ELGV目录的重建和特征 

从富集和不富集的宏基因组中筛选病毒序列进行宏病毒组分析，确定了160,498个DNA和RNA病毒序列，重新构建了ELGV目录（图1a），大部分病毒科水平物种是Siphoviridae（图1d）。

图1 生命早期人类肠道病毒体目录的重建和表征

2.早期人类肠道病毒体的时间发育

为了揭示生命早期人类肠道病毒组的动态，本研究通过宏基因组测序全面揭示早期人类肠道病毒组的特性。通过将两种组学数据按婴儿生长分散到不同时间（第0、1、3、6、12、24和36个月），在富含vlps的宏基因组中，病毒丰度＞99%的25个科中，只有Microviridae科随着婴儿年龄的增长而大量增加（图2d）。

图2 早期人类肠道病毒体的动态发展

3.影响早期人类肠道病毒体发育的因素

进一步确定随着时间发展不同临床因素（性别、分娩方式、出生时的胎龄、取样时的喂养模式和采样地理位置）能在多大程度上影响人类生命早期肠道病毒组成。分析了早期人类肠道病毒体发育与所有因素之间的相关性，婴儿年龄和采样地理位置在VLPs和不富集宏基因组中病毒分类变异均最高（图3a）。另外，大量宏基因组中，正常阴道分娩的婴儿中病毒科水平物种Microviridae、Autographiviridae、Forsetiviridae和Siphoviridae丰度更高（图3d）。

图3 影响早期人类肠道病毒体发育的临床因素

4.宿主预测和生命早期肠道病毒组和细菌组之间的密切相互作用

接下来通过vOTUs序列预测病毒宿主。发现细菌最常见的门水平物种是Firmicutes。另外，早期生活的人类肠道细菌群与成人不同，在婴儿肠道中主要由细菌属水平物种Bifidobacterium组成（图4a）。进一步通过比较每种病毒及其预测的细菌宿主的相对丰度研究特定的细菌-病毒关联。在科水平的物种间相关性方面，vlps富集和批量宏基因组种7个和31个病毒科与其宿主相对丰度呈显著正相关（图4 d-e）。

图4 早期人类肠道病毒体和细菌组之间的密切相互作用

5.母婴共享病毒 

为了充分解读母婴病毒组的共享和独特性，分析了ELGV目录中所有母婴（包括怀孕、分娩和产后母亲，从出生到出生的前两年婴儿）宏基因组数据。发现母婴共享的优势病毒科物种是Siphoviridae（图5c）,进一步分析临床因素对婴儿及其配对母亲共享病毒组成的影响，发现在整体宏基因组中，与剖腹产密切相关的共享vOTUs数量较少（图5e-f）。

图5 成对母婴的共享病毒组成

 6、对早期人类肠道病毒体中丰富的特异性病毒的鉴定 

为了探索早期人类肠道病毒组的独特性，我们进一步分析了ELGV目录和成人肠道现有病毒数据库的病毒数据（包括CHVD，GPD，GVD、MGV和RefSeq）。发现ELGV目录中68.3%的病毒不存在于现有成人数据库。基于VLPs富集和不富集数据分别有64种和8种病毒物种可以作为区分婴儿和成人的生物标志物的潜力（图6）。

图 6 早期人类肠道丰富的特异性病毒

研究结论

本研究建立了早期生命肠道病毒组目录（ELGV），基于VLPs富集和不富集宏基因组数据分别鉴定出64种和8种病毒物种具有作为区分婴儿和成人的生物标志物的潜力。此外，研究进一步探索了母婴共享的病毒组和肠道病毒组与细菌组在生命早期的相互作用。总之，ELGV目录提供了早期人类肠道病毒组最全面和完整病毒数据蓝图，这将有助于未来发现儿童疾病与病毒组之间的关联。

参考文献

Zeng S, et al. A metagenomic catalog of the early-life human gut virome. Nature Communications. 2024;15 (1):1864.