从人体肠道中发现、改造和研究温和噬菌体

人类肠道微生物组包含大量细菌及感染它们的病毒（如噬菌体），噬菌体通过捕食、水平基因转移和溶原性转换影响肠道菌群结构。宏基因组技术已发现大量肠道病毒基因组，且溶原现象普遍（高达90%的细菌可能携带原噬菌体），但原噬菌体进入裂解复制的程度尚不明确。

本研究利用252株人类肠道细菌分离株（涵盖放线菌门、梭杆菌门、杆菌门等），通过8种诱导剂（如丝裂霉素C、过氧化氢）和2种饥饿条件，共10种诱导条件，对可诱导原噬菌体进行鉴定。结果从433个测序样本中检测到125个可诱导肠道原噬菌体，来自73株细菌的63个噬菌体物种。进一步构建含78株菌的合成微生物群落，发现与人类结肠上皮细胞（Caco2）共培养时，35%的噬菌体物种被诱导，而单独群落培养仅诱导17%。通过纯培养实验，将32株菌暴露于Caco2细胞裂解物、细胞培养液等，发现9个原噬菌体仅在人体细胞产物条件下被诱导，表明人体细胞相关产物可作为原噬菌体诱导剂。

研究发现，94%的细菌分离株经计算预测含有高质量原噬菌体区域，但在所有10种诱导条件下，仅32%的菌株和18%的预测原噬菌体可在纯培养中诱导。拟杆菌门菌株的诱导效率最高（27%的预测原噬菌体可诱导），而变形菌门虽预测原噬菌体数量最多（每株4.5个），诱导率仅12%。结合合成群落实验，共检测到36%的原噬菌体物种被诱导，与肠道宏基因组研究结果（8%-36%）一致。

在分类学上，133个诱导的温和噬菌体属于有尾噬菌体目，1个属于Faserviricetes目，26%可归到ICTV认可的科或更低分类单元，还发现新的Hankyviruses属，其宿主范围广泛，可感染不同属的拟杆菌。此外，19%的可诱导原噬菌体物种含多样性生成逆转录元件（DGRs），主要存在于拟杆菌噬菌体中，通过尾蛋白多样化帮助噬菌体扩大宿主范围。

基因富集分析显示，非诱导原噬菌体缺乏结构和裂解相关基因，可能是 cryptic 原噬菌体或预测误差。与诱导原噬菌体高度相似的非诱导原噬菌体中，整合酶和 excision 相关基因的非同义突变率升高，敲除其中一个基因可完全阻断诱导，提示这是原噬菌体失活的遗传途径。

多溶原性（细菌携带多个可诱导原噬菌体）在拟杆菌门中最普遍（68%的溶原菌），且多溶原菌中的原噬菌体平均在2.7种条件下被诱导，显著多于单溶原菌（2.1种）。原噬菌体整合位点也影响诱导，如位点特异性整合的ΦWilby和随机插入的ΦPomma在不同诱导条件下表现出差异诱导。

综上，本研究通过培养技术揭示了肠道温和噬菌体的诱导规律、遗传特性及与宿主的相互作用，为合成生物学、生物技术和微生物组研究提供了实验验证的噬菌体-宿主对。