研究人员正在调查某些病毒（称为噬菌体或噬菌病毒）是否会影响年轻儿童1型糖尿病的发展，这些病毒专门感染细菌而不感染人类细胞。
每个人的肠道中都存在一个微生物的世界。这种庞大的微生物群落，即微生物组，包括细菌和病毒，已经多次证明它能够积极地促进健康和疾病。
研究人员对生活在人体肠道中的细菌群落了解颇多。例如，他们发现这些细菌广泛代谢我们所摄取的食物，驱动免疫系统的正常发展，并且某些机会性微生物在特定情况下可能导致疾病。
另一方面，病毒在肠道微生物组对人类健康和疾病的贡献，并没有被充分了解，新发表在Nature Microbiology上的一项研究改变了这一点。
贝勒医学院的研究人员主导了一项研究，调查特定的噬菌体是否会影响年轻儿童1型糖尿病的发展。因为噬菌体对它们感染的细菌施加压力，并且一些噬菌体基因组编码毒力因子和毒素，特定噬菌体或噬菌体群体在人体健康中发挥作用看起来是合理的。
“我们认为噬菌体可以影响细菌的生存或行为，而这反过来可能影响人类健康，”首席作者贝勒分子病毒学和微生物学助理教授迈克尔·J·蒂萨博士说道。
本研究重新分析了作为年轻人糖尿病环境决定因素(TEDDY)研究的一部分收集的样本，旨在具体描述噬菌体与细菌的共同群落。TEDDY队列由有开发胰岛素产生细胞免疫和/或1型糖尿病风险的儿童组成。之前的TEDDY研究调查了肠道细菌和人类病毒是否影响1型糖尿病的发展。虽然他们没有发现与肠道细菌的明显关联，但确实发现了与人类病毒的关联。
噬菌体研究的挑战
“噬菌体的遗传数据已经存在了一段时间。我们了解到噬菌体基因组非常多样，彼此相似性很小，且体积非常小，这对其分析带来了显著的技术挑战，”蒂萨说。“我们通过开发一种新型计算工具来应对这一挑战，使我们能够分析噬菌体信号。”
“使用我们的新分析工具，我们对来自887名TEDDY研究参与者在其生命头四年的12262个粪便样本中的噬菌体-细菌共同群落进行了描述，”共同通讯作者贝勒分子病毒学和微生物学助理教授萨拉·J·贾沃尼克·克里根博士说。“通过这种方法，我们解剖了发展中肠道中噬菌体和细菌群落组成的动态变化，从而获得了对它们相互作用的新见解。”
研究人员发现某些细菌在不同的人类发展阶段茁壮成长，在本研究中噬菌体也观察到了类似的情况。“然而，噬菌体群落变化的速度比细菌要快，”贾沃尼克·克里根说。
“我们认为这指向了细菌和噬菌体之间的军备竞赛，细菌通过获得突变演变，以使其逃脱感染它们的噬菌体的捕食，随后这为新的噬菌体感染细菌打开了机会，”蒂萨说。
在与1型糖尿病相关的研究中，团队没有发现任何主要噬菌体或噬菌体群落与该队列中更高或更低的糖尿病风险相关。然而，这一发现为微生物组的发展提供了更好的视角，反映了噬菌体和细菌之间的动态相互作用。微生物组开始于细菌种类进入新生儿并开始定殖肠道。随着孩子的成长，随着饮食变化和免疫系统的发展，一系列细菌种类相继出现。伴随着这一细菌的变化，噬菌体群落也有所变化，反映细菌的可用性。
“随着我们在生命的头几年多次分析微生物组，变得清晰的是每位参与者的肠道暴露于更多不同的噬菌体，而不是不同的细菌，这暗示着免疫系统可能接触到的病毒刺激比之前认为的要多，”蒂萨说。
“我们希望我们的发现能够导致更好地理解噬菌体与细菌的相互作用，从而改善疾病的治疗方法，”贾沃尼克·克里根说。
“微生物组的操控仍然是治疗各种涉及免疫反应、心血管健康和大脑功能等疾病的有前景的路径，”共同通讯作者，贝勒分子病毒学和微生物学系主席及教授、微生物组和宏基因组研究中心主任约瑟夫·佩特罗西诺博士补充说。佩特罗西诺还是贝勒的首席科学创新官及丹·L·邓肯综合癌症中心的成员。“随着临床医生试图限制不必要的抗生素使用，以应对抗生素耐药感染的增加，这样的研究使基于噬菌体的战略成为可能，以塑造微生物群落，提高健康水平并抵抗传染病。”
研究人员对此继续探索细菌和噬菌体之间的关系感兴趣。例如，噬菌体如何影响细菌对抗生素、饮食变化或新细菌引入等干扰的反应。通过评估发展儿童肠道中的时间趋势，本研究为旨在利用微生物组及其组成部分的治疗和诊断奠定了基础。
贝勒医学院的理查德·E·劳德、克里斯蒂·霍夫曼和丹尼尔·P·史密斯，以及科罗拉多大学奥罗拉分校的玛丽安·瑞维尔斯是本工作的共同作者。
