? ? ? 微生態(tài)研究已經(jīng)大踏步邁入“病毒組”時(shí)代。高通量技術(shù)的發(fā)展為人們獲取數(shù)據(jù)提供了便捷高效的途徑，然而，基于短讀長(zhǎng)測(cè)序的NGS技術(shù)未能很好的解決復(fù)雜微生態(tài)群體中病毒組的研究難點(diǎn)——以往的研究手段，人們對(duì)病毒基因組數(shù)據(jù)的獲取和組裝效果的提升依舊沒(méi)有更大的突破——大量碎片化的數(shù)據(jù)和信息無(wú)法展現(xiàn)噬菌體基因組全貌，想要從復(fù)雜環(huán)境中獲取完整的噬菌體基因組依舊存在挑戰(zhàn)，這也使得病毒組“暗物質(zhì)”的研究成為新一輪聚焦的熱點(diǎn)。

? ? ? ?如何才能更高效的獲取更完整的病毒組信息的？華中科技大學(xué)陳衛(wèi)華和劉智、復(fù)旦大學(xué)趙興明、歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室Peer Bork及團(tuán)隊(duì)的文章《Efficient recovery of complete gut phage genomes by combined short- and long-sequencing》為破解宏病毒組研究難點(diǎn)提供了新思路。

? ? ? ?研究主要介紹了一種新的混合分析的方法來(lái)檢測(cè)人類腸道中的噬菌體：通過(guò)結(jié)合短讀和長(zhǎng)讀測(cè)序技術(shù)來(lái)獲取完整的噬菌體基因組。該研究從180個(gè)健康的中國(guó)參與者的糞便樣本中獲得了23,513個(gè)噬菌體基因組，其中有34%被認(rèn)為是完整的。此外，還發(fā)現(xiàn)了一些在人類腸道中更為普遍的噬菌體，這些噬菌體的存在之前并未被發(fā)現(xiàn)。這些數(shù)據(jù)匯總為中國(guó)人類腸道病毒組（Chinese Human Gut Virome, CHGV）數(shù)據(jù)庫(kù)集合。

? ? ? ? 首先，來(lái)一睹新方法的研究流程：

? ? ? ?該研究中，研究者利用人糞便樣本首先進(jìn)行了病毒組的富集，以獲得更高比例的病毒基因組數(shù)據(jù)，之后借助二代和三代測(cè)序獲得short-reads和long-reads，對(duì)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合組裝分析，與已有的病毒組數(shù)據(jù)庫(kù)GVD和 GPD+相比，新方法顯著提升了病毒基因組組裝的完整性。

? ? ? ?不同的組裝策略得到的病毒組組裝結(jié)果可以明顯看出，short-reads和long-reads混合組裝的方法與單獨(dú)二代或三代數(shù)據(jù)組裝相比，獲得的病毒contigs更多（上左圖），完整的病毒基因組也更多（上右圖）。

? ? ? ?在新物種發(fā)現(xiàn)中，不難看出，本研究中的CHGV庫(kù)在新物種發(fā)現(xiàn)中也有極大的提升（GVD的更高可能與其納入統(tǒng)計(jì)的樣本量有很大關(guān)系，該庫(kù)收錄了2k+樣本），這對(duì)病毒組“暗物質(zhì)”的研究有積極影響，組裝完整性的提升，也為人們認(rèn)識(shí)病毒提供了更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

? ? ? ? 對(duì)大噬菌體（≥100kb）的研究（下圖），一直有各種方法，而本研究中（CHGV）組裝出第一個(gè)Mb級(jí)別病毒基因組MBphage比以往報(bào)道中獲得的病毒基因組的大小更大。

? ? ? ? ?系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究表明，這個(gè)Gut-MBP1病毒株與其他已知的大型噬菌體形成了彼此獨(dú)立的分支（下圖）。同時(shí)這一研究結(jié)果拓展了人們對(duì)病毒基因組大小認(rèn)知的上限。

? ? ? ? ? 利用新技術(shù)開(kāi)展的研究還揭示了人類腸道形態(tài)在以下兩個(gè)方面隱藏的多樣性：

1）通過(guò)馬爾可夫聚類算法將CHGV基因組分組為1,982個(gè)非單例病毒簇（VC），研究中確定了比對(duì)應(yīng)于crAssphage和Gubaphages的所有VC更多樣化的VC_1（即包含更多的噬菌體基因組），以及比大多數(shù)其他VC更多樣化的VC_4。兩種VC都含有NCBI病毒RefSeq數(shù)據(jù)庫(kù)中未發(fā)現(xiàn)的新型噬菌體，并在由前10個(gè)VC中的基因組組成的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中形成了自己的分支。在本研究樣本樣本中，它們的成員數(shù)量高（與crAssphage和Gubaphages相當(dāng)）和普遍存在（在任意相對(duì)豐度臨界值為1e-6時(shí)，中位流行率為16.3%和26.6%），大小分別為40和50 kb。在GPD和MGV數(shù)據(jù)庫(kù)中可以鑒定出另外81種潛在的VC_1噬菌體，它們具有很高的總體序列相似性。

?2）本研究鑒定了至少數(shù)十種噬菌體，這些噬菌體比本研究樣本中最普遍的crAssphalles和Gubaphrates更普遍。

? ? ? ? 綜上，不難看出，三代測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于人體宏病毒組的研究，大幅提升了從人糞便樣本中回收完整的噬菌體基因組的效果，研究結(jié)果顯著擴(kuò)展了對(duì)人類腸道噬菌體的多維度上隱藏多樣性的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

Efficient recovery of complete gut phage genomes by combined short- and longsequencing. bioRixv, 2022.