每个人体内都存在着一个微生物世界。这个庞大的微生物群落，即微生物组，包括细菌和病毒，已经多次证明了其对健康和疾病的影响。
研究人员已经了解了许多生活在人类肠道中的细菌群体。例如，他们发现这些细菌广泛地代谢我们所吃的食物，推动免疫系统的正常发育，并且在某些条件下，其中一些机会性微生物可能会导致疾病。
贝勒医学院的研究人员领导了一个项目，旨在研究某些特定的噬菌体（专门感染细菌而不感染人体细胞的病毒）是否会影响幼儿1型糖尿病的发展。因为噬菌体会对其感染的细菌施加压力，而且一些噬菌体基因组编码毒力因子和毒素，所以特定的噬菌体或噬菌体群落在人类健康中的作用似乎是合理的。
“我们认为噬菌体可以影响细菌的生存或行为，这反过来又可能影响人类健康，”第一作者、贝勒医学院分子病毒学和微生物学助理教授迈克尔·J·蒂斯扎博士说。
目前的研究重新分析了作为TEDDY（年轻人群糖尿病环境决定因素）研究的一部分收集的样本，目的是专门描述结合的噬菌体-细菌群落。TEDDY队列由有风险发展出对产生胰岛素的细胞免疫或1型糖尿病的儿童组成。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。虽然没有发现与肠道细菌有明确关联，但发现了与人类病毒有关联。
“噬菌体的遗传数据已经存在一段时间了。我们了解到噬菌体基因组非常多样化，彼此之间相似度很低且体积很小，这对它们的分析提出了重大技术挑战，”蒂斯扎说。“我们通过开发一种新的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，我们在TEDDY研究参与者的前四年生活中分析了12,262份粪便样本中的结合噬菌体-细菌群落，”共同通讯作者、贝勒医学院分子病毒学和微生物学助理教授萨拉·J·贾沃尼克·克里金博士说。“通过这种方法，我们剖析了发育中的肠道中噬菌体和细菌群落组成的动态变化，并获得了关于它们相互作用的新见解。”
研究人员发现，某些细菌在人类发展的不同阶段会繁荣生长，这一现象在这项研究中也类似地观察到了噬菌体。“然而，噬菌体群落的变化速度比细菌更快，”贾沃尼克·克里金说。
“我们认为这表明细菌和它们的噬菌体之间存在一种军备竞赛，在这种竞争中，细菌通过获得突变来逃避被感染的噬菌体的捕食，然后这就为新的噬菌体提供了感染细菌的机会，”蒂斯扎说。
至于1型糖尿病，该团队没有发现任何主要的噬菌体或噬菌体群落与该队列中患病风险增加或减少有显著关联。尽管如此，这些发现仍然有助于更全面地理解微生物组的发展，反映了噬菌体和细菌之间的动态相互作用。微生物组开始于新生儿时进入的各种细菌物种并开始在肠道中定植。随着孩子的成长，由于饮食变化和免疫系统的发展，细菌种类会发生继替。随着细菌的继替，噬菌体群落也会发生变化，反映出细菌的可用性。
“当我们多次分析前四年的微生物组时，很明显，每个参与者暴露于许多不同的噬菌体，而不是不同的细菌，这表明免疫系统可能受到比以前认为更多的病毒刺激，”蒂斯扎说。
“我们希望我们的发现将有助于更好地理解噬菌体-细菌相互作用，从而导致改进的疾病治疗方法，”贾沃尼克·克里金说。
“继续操纵微生物组仍然是治疗涉及免疫反应、心血管健康和脑功能等多种疾病的有前景的途径，”共同通讯作者、贝勒医学院分子病毒学和微生物学系主任兼教授约瑟夫·佩特罗西诺博士补充道。佩特罗西诺还是贝勒医学院首席科学创新官和丹·L·邓肯综合癌症中心成员。“随着临床医生试图限制不必要的抗生素使用以对抗耐药感染的上升，像这样的研究使基于噬菌体的方法得以塑造微生物群落，以改善健康和对抗传染病。”
研究人员有兴趣继续探索细菌和噬菌体之间的关系。例如，噬菌体如何影响细菌对干扰（如抗生素、饮食改变或引入新细菌）的反应。通过评估发育中儿童肠道内的时间趋势，这项研究为旨在利用微生物组及其成分进行治疗和诊断奠定了基础。
贝勒医学院的理查德·E·劳埃德、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马里安·雷韦尔斯也是这项工作的共同作者。
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