基于宏基因组下一代测序技术对临床肺组织和外周血样本中病毒谱系的特征分析

《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Metagenomic next-generation sequencing-based characterization of the viral spectrum in clinical pulmonary and peripheral blood samples of patients

本研究通过宏基因组测序分析338例患者的BALF和血液样本，发现肺疾病显著改变BALF病毒结构，而肿瘤影响较小。病毒-细菌网络显示关键细菌宿主，如嗜血杆菌属和梭菌属，与病毒 family Siphoviridae和Myoviridae高度关联，提示病毒可能通过影响宿主菌群参与肺病病理。

　　本研究利用宏基因组下一代测序技术（mNGS）对来自不同临床状况的患者样本进行了深入分析，旨在揭示肺部和血液样本中病毒组的组成及其与疾病状态之间的关系。通过对338份临床样本进行DNA和RNA测序，研究团队发现肺部样本（如支气管肺泡灌洗液，BALF）与血液样本在病毒组成上存在显著差异。这些差异不仅反映了病毒在不同身体部位的分布特点，也提示了病毒组在诊断和治疗中的潜在应用价值。

在研究过程中，科学家们首先收集了患者样本，并按照严格的流程进行处理。BALF样本和血液样本分别经过不同的预处理步骤，以确保测序数据的准确性和可靠性。对于DNA测序，样本经过离心、沉淀处理以及DNA提取等步骤，而RNA测序则涉及更复杂的RNA提取和逆转录过程。这些步骤为后续的病毒组分析奠定了基础，确保了不同样本类型之间数据的一致性和可比性。

测序完成后，科学家们对原始数据进行了预处理，包括去除宿主来源的读数和对非宿主序列进行质量评估。随后，这些非宿主序列被比对到一个包含超过65,000个非冗余病毒操作分类单元（vOTUs）的参考数据库中，从而确定病毒的组成和丰度。通过计算α和β多样性指标，研究团队进一步分析了病毒组的丰富度和组成差异。结果表明，BALF样本中的病毒组与血液样本相比具有更高的多样性，尤其是在DNA测序的样本中。这一发现强调了不同身体部位在病毒组成上的差异，为理解病毒在人体内的分布提供了重要线索。

此外，研究还探讨了疾病类型对病毒组的影响。在DNA测序的BALF样本中，肺部感染显著改变了病毒组的组成，而肿瘤的存在则对病毒组没有明显影响。这一结果表明，肺部感染可能对病毒组的结构产生更为显著的调控作用。相比之下，血液样本中的病毒组对疾病状态的响应较为有限，无论是肺部感染还是肿瘤都未引起显著的病毒组变化。这些发现为疾病的诊断和治疗提供了新的视角，提示了在不同样本类型中需要考虑不同的疾病背景。

在病毒与细菌的相互作用方面，研究团队构建了一个病毒-细菌关联网络，以探索BALF样本中病毒和细菌之间的关系。通过Spearman相关性分析，他们发现了一些显著的关联，特别是Siphoviridae和Myoviridae这两个病毒家族与某些细菌属（如Haemophilus、Megasphaera、Treponema等）之间的联系。这些关联揭示了病毒可能在调控细菌群落中扮演重要角色，进一步说明了病毒与宿主微生物之间的复杂关系。尽管这些关联并不一定代表直接的病毒-宿主相互作用，但它们为未来研究病毒与细菌共存机制提供了基础。

研究还指出，测序策略对病毒组的分析结果具有重要影响。DNA测序在BALF样本中捕捉到了更多的噬菌体病毒，而RNA测序则在血液样本中检测到了更多与真核生物相关的病毒。这表明，不同的测序方法可能会影响病毒组的全面性，因此在进行病毒组研究时，需要结合多种测序技术以获得更全面的病毒信息。同时，这种差异也反映了病毒在不同身体部位的活跃性和传播方式，为理解病毒的生态行为提供了新的思路。

总体而言，本研究的结果揭示了人体不同部位病毒组的显著差异，并强调了肺部疾病对病毒组的影响。这些发现不仅加深了我们对病毒组结构和功能的理解，也为未来的病毒组研究提供了重要的参考。通过将病毒组数据与细菌组数据相结合，科学家们能够更全面地分析微生物生态系统的复杂性，从而为疾病的诊断、治疗和预防提供科学依据。未来的研究应进一步探讨这些病毒的功能角色，评估其对宿主免疫系统和微生物群落的影响，并通过纵向追踪研究病毒组的动态变化，以更深入地理解病毒在健康和疾病状态下的作用。