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生後3年間の乳児腸内DNAバクテリオファージ株の持続性

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論文|第32巻第1号、p35-47.e6、2024年1月10日号

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生後3年間の乳児腸内DNAバクテリオファージ株の持続性

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(23)00466-3




ユエ・クレア・ルー
陳林星
Adair L. Borges
ブライアン・A・ファイアーク
マイケル・J・モロウィッツ
ジリアン F. バンフィールド 6
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脚注を表示オープンアクセス掲載:2023年12月13日DOI:https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.11.015
PlumXメトリクス

ハイライト

乳児腸内ファージオームは3歳までに成人のような多様性を獲得し、初期ファージの9%を保持する

母体から感染したファージ株は乳児の腸内に残留しやすい。

遺伝子コードの拡張がDNAファージの腸内持続性に寄与している可能性

多様性を生み出すレトロエレメントをコードするファージは、乳児が成熟するにつれて増加する。
まとめ
バクテリオファージは腸内細菌叢の重要な構成要素であるが、乳幼児の腸内におけるファージのコロニー形成過程は不明である。ここで我々は、大規模なファージ配列データベースを構築し、株分解解析を用いて、生後3年間の乳児におけるDNAファージの継代を調査した。28人の正期産児と24人の早産児とその母親から採取した819の糞便メタゲノム解析から、生後早期のファージオームの豊富さは時間とともに増加し、3歳までに成人のような複雑さに達することが明らかになった。初期ファージコロナイザーの約9%は、ほとんどが母親から感染し、バクテロイデスに感染し、3年間持続し、早産児よりも満期産児に多く見られた。まれではあるが、停止コドンが再割り当てされたファージは、再割り当てされていないファージよりも持続する可能性が高く、一般に3年間でフレーム内の停止コドンが増加する。全体として、母親の播種、停止コドンの再割り当て、宿主のCRISPR-Cas遺伝子座の普及、多様なファージ集団が安定したウイルスコロニーゼーションに寄与している。
図抄録
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キーワード
ファージ
乳児腸内細菌叢
幼児期
マイクロバイオームの発達
はじめに
1,2,3乳幼児期の腸内細菌叢は、当初は種の多様性が低く、ターンオーバー率が高いが4、いくつかの異なるマイクロバイオーム状態を経て、3歳までに組成的に安定した多様な段階に達する。
前向き出生コホートを対象としたメタゲノム解析により、腸内細菌叢の早期の継代動態に関する詳細な知見が明らかになっている3,10,11,12,13,14。しかし、乳児におけるバクテリオファージ（ファージ）のコロニー形成と持続性についてはあまり知られていない15。ファージは繁殖のために細菌を捕食するウイルスであり、その結果、通常、細菌の宿主細胞が溶解する。
成人のヒトの腸内では、ファージと細菌はおよそ1対1の割合で存在していると推定されているが、実際の数はもっと多い可能性がある（粘液層など）21,22。ヒトの腸内にファージが蔓延しているということは、ファージと細菌が常に頻繁に相互作用していることを示唆している。実際、ファージの寄生が、ヒトの腸内を含むさまざまな環境において、同一株または同一種の細菌集団の多様化を促進する強力な力となっていることが判明している23,24。
成人の腸内細菌叢は、組成的にも機能的にも安定している25,26。1年にわたる腸内コロニー形成は、細菌などの自己複製微生物だけでなく、ファージにも見られる27,28。群集レベルでは、これは発育途上にある乳児の腸内細菌叢とは対照的であるため、乳児に長期的に持続するファージが存在するのかという疑問が生じる。ファージは自力で複製することができず、生存のために宿主である細菌に依存している17。私たちの以前の研究により、ごく一部の細菌株が乳児の体内に少なくとも1年間持続することが明らかになった13。このような長期間持続するファージは、腸内マイクロバイオームの形成に重要な役割を果たす可能性がある。したがって、特に乳児の腸内マイクロバイオームが非常に動的であることを考慮すると、ファージ株の持続性と、ファージの安定的なコロニー形成に寄与する因子を解析することは重要である。
29,30ファージが細菌に与える選択圧が大きいことを考えると、ファージが乳児の腸内細菌群集の形成に不可欠な役割を果たしていることは確かである。しかし、これらの研究は、種および／または属レベルでのウイルス集合に焦点を当てたものであり、通常、機能的能力および／または宿主標的が異なる可能性のあるゲノム的に異なるファージ株から構成されている34,35,36。同様に、一握りのビローム研究において、同じ腸内ファージ集団が個体内で進化しているゲノム上の証拠が示されている。
そこでわれわれは、ゲノム分解メタゲノミクスを用いて、生後間もない腸内ファージオームの形成ダイナミクスを調べた。出生から3歳までの早産児と満期産児、および出生時と3歳以降の母親から採取した819の糞便サンプルを用いて、30,000を超える中〜高品質のDNAファージコンティグを回収した。その結果、40％以上のファージ配列が、ヒト腸内ファージデータベースに含まれる配列と近縁関係を示さなかった。続いて、厳密な株分解解析を行い、乳児の生後3年間のファージコロニーゼーション動態と、母親と乳児の間のファージ伝播を調査した。主にヒトの成人および動物の腸内細菌叢39,40,41,42,43,44において、TAGまたはTGA停止コドン（遺伝子コード15および4）を再コード化したファージが発見されたことから、ファージの腸内コロニー形成における停止コドン再コード化の影響を特に調査することになった。その結果、母体由来、宿主細菌の持続性、遺伝コドンの拡大、高い集団多様性のすべてが、乳児におけるファージの持続性に寄与していることが判明した。
研究結果
ヒト腸内ファージデータベースの新規構築
本研究では、28人の正期産児と24人の早産児、およびその母親を出生から3歳まで追跡した（図S1A；表S1）。兄弟姉妹は3組（乳児#7と#133、乳児#58、#59、#60、乳児#122と#123）。乳児の糞便サンプルを、採取時の年齢に基づいて6つの時間窓にグループ分けした（表1；図S1A）。それぞれの乳児から中央値で11個の糞便サンプルが採取された（図S1A；表S2）。母親の糞便サンプルは2回まで採取され、1回は出生前後、1回は乳児が3歳になった時であった（図S1A）。合計で、52人の乳児と42人の母親からそれぞれ735個と84個の糞便DNAサンプルが抽出され、ディープメタゲノムシーケンスにかけられた（約8.15テラ塩基対[Tbp]の150bpペアエンドリードの総シーケンスデータ）。
表 13年間のサンプリング期間
月 個体数 DNAサンプル数
母親1 ∼出生 39 53
ママ2 生後36ヶ月 31 31
W1 0-2ヶ月目 52 291
W2月 3-4 50 110
W3ヵ月 8-12ヵ月 52 129
W4ヵ月 15-16 38 39
W5ヵ月 20-25 45 87
W6ヵ月 30以上 40 79
図S1、表S1、S2も参照のこと。
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リードをde novoアセンブルし、合計32,401のDNAバクテリオファージコンティグと28,448の微生物ドラフトゲノムビンを回収した。その後、全ゲノム平均ヌクレオチド同一性（gANI）98%でゲノムを複製解除した結果、8,424個のDNAファージと1,951個の微生物ゲノムが得られ、これらはユニークな「亜種」に相当した（STAR Methods）13。複製解除されたファージゲノムの平均ゲノム長は45.8±25.5 kbで、最小値と最大値は、いずれも円形でそれぞれ4.6 kbと394 kbであった。
同一株の検出にはinStrain45（STAR Methods）を用いた。ファージは細菌よりも約1,000倍速い変異速度を持っている46。従って、宿主内でde novo変異したファージ株や最近のファージ伝播事象（例えば、母親から乳児への垂直伝播）の同定を可能にするために、popANIの閾値を99％に下げた（STAR Methods）。早産児1人（乳児ID "#60"）から採取された全サンプルを含む合計21の汚染サンプルは、データ解析を進める前に除去された（表S2）。
既知のヒト腸内ファージ種の拡大
これらのデータベースと比較すると、我々の腸内ファージデータベースはゲノムサイズの中央値が最も大きく、メタゲノム腸内ウイルス（MGV）49と腸内ファージデータベース（GPD）51がそれに続く（表2）。ファージゲノムの長さをウイルス分類ごとに階層化すると、我々のデータベースはCaudoviricetesのゲノムサイズの中央値が約41 kbと最も大きかった（図S2）。
表2ファージ配列データベースの比較
データベース 長さの中央値 (kb) 長さの平均値 (kb) SD (kb)
Lou et al.47 (本研究) 40.33 45.84 25.54
mgv49 37.18 43.63 33.93
gpd51 31.20 37.59 27.72
COPSAC2010 inf 腸管31 19.07 25.02 22.70
chvd50 14.45 18.40 18.29
gvd48 9.14 17.93 22.28
図S2も参照。
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再構成したファージゲノムを既知のファージ配列と比較するために、我々の8,424の脱複製ファージ代表配列と、これら5つのファージデータベースからの285,223の配列を、長さの85%にわたって95% ANIでクラスタリングした（STAR Methods）。8,424の重複除去ファージゲノムは7,398のファージ種に分類された。特に、3,397ファージゲノムに相当する3,343ファージ種（約45.2%）は、これらの参照ファージゲノムセットのどの配列ともクラスター化しなかった。さらに、これらの5つのデータベースの全ファージ配列とファージゲノムを、ペアワイズ平均アミノ酸同一性と遺伝子共有性を用いて、属レベルとファミリーレベルのグループにクラスタリングした（STAR Methods）。我々の7,398種のファージは5つのデータベースから1,175と209の属レベルとファミリーレベルのクラスターを形成した。このうち、62属（約5.3%）と10科（約4.8%）は、どの公開ファージ配列ともクラスターを形成しなかった。しかし、腸内ビロームの株レベルでの個体差のため、株追跡のためには人固有のファージゲノムデータベースが不可欠であった。我々のファージ配列の半数近くには近縁種が存在しないため、リードやコンティグを公開データベースにマッピングしても、幼児特有のビロームの発達を解析するのには有効ではなかった。
初期腸内ファージコミュニティの概要
生後間もない乳児と満期を迎えた乳児の腸内ファージαの多様性は、乳児が成熟するにつれて増加した（図1A）（シャノン多様性指数のスピアマン相関係数r = 0.69; p = 1.23e-29）（STAR Methods）。同様の傾向は、アセンブリーを必要としないk-merベースのファージ同定ツールであるPhantaを用いたファージα多様性解析52 (図S1B) (Spearman correlation coefficient r = 0.77 for phage richness normalized by sequencing depth; p = 1.34e-55)でも見られた。特に、ファージα多様性の経時的な増加は、バクテリアのそれと正の相関があった（図1B）（シャノン多様性指数に対するスピアマン相関係数r = 0.77; p = 1.89e-55）。
図サムネイルgr1
図1乳児のファージオームの複雑さは、3歳までに母親と同程度になった。
キャプション
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乳児と同様に、乳児が3歳の時に採取された母親のサンプルも、出生前後に採取されたサンプルよりもファージαの多様性が高かった（p = 0.0029；ウィルコクソン順位和検定）。これは、妊娠中や出産中にファージ多様性が一時的に減少することを反映している可能性があり、妊娠中の腸内細菌叢で見られる現象である53。注目すべきことに、母親は当初、乳児よりも高いファージα多様性を示したが（すなわち、W1対Mom1、p = 8.31e-07；ウィルコクソン順位和検定）、3歳までに乳児のファージオーム多様性は母親と同じレベルに達した（図1C）（W6対Mom2、p = 0.13；ウィルコクソン順位和検定）。この観察から、乳児は母親よりもファージ獲得速度が速い可能性が高いと考えられた。実際、最終時点（W6またはMom2）を調べたところ、最初のサンプリングウィンドウ（W1またはMom1）と比較して、母親よりも乳児の方が、新しくコロニー形成されたファージ亜種の割合が有意に高く、また、持続するファージ亜種の割合が有意に低かった（図1DおよびS1C）（それぞれp = 2.97e-11および2.97e-11；ウィルコクソン順位和検定）。
約9％のファージが生後3年間持続した
乳幼児と母親における持続性ファージ亜種の同定から、乳幼児を3年間コロニー形成したファージ株を検索することになった。そのために、まずW1までに乳児の腸内に出現したファージを早期コロニー形成者に分類した。99％のpopANI株同一性カットオフを用い、W6におけるファージの存在（persisters）または非存在（non-persisters）に基づいて、これらの初期ファージコロナイザーを「persisters」と「non-persisters」に分けた（STAR Methods）。この解析は、3年間の糞便サンプル採取期間をすべて終了した40人の乳児（正期産25人、前期産15人）のみを対象とした。母親において、ファージが両方の母親サンプル（1つは出生時、もう1つは乳児が3歳になった時）から検出された場合、そのファージはパーシスターと定義された。そうでない場合は非永続感染とした。合計28人の母親から、3歳差の糞便サンプルを2回採取した。
乳児で同定された1,801株の初期コロニー形成ファージのうち、合計155株（約8.6%）が3年間持続した（図S2）。これら155株のファージは、乳児の半数（満期乳児17人、早産児3人）から検出された。すべての母親から持続性ファージが検出された。合計で711株（最初のコロニー形成者の約18％）の母親ファージが3年間のサンプリング期間を通じて持続した。その結果、母親の腸内ファージオームが乳児におけるファージ持続性の重要な供給源であることが判明した。垂直感染したファージは、母親から感染しなかったファージよりも乳児の腸内に持続する可能性が有意に高かった（p = 9.90e-95；フィッシャーの正確検定）（図2A、左パネル）。興味深いことに、母親ファージの持続性は、持続しない母親ファージよりも乳児に垂直感染する可能性が高かった（p = 5.31e-27；フィッシャーの正確検定）（図2A、右パネル）。従って、乳児と母親の両方におけるファージの持続性は、部分的には、双方からの再播種が繰り返されることに起因している可能性があるという仮説を立てた。
図サムネイルgr2
図2原産地、未熟度、初期コロニー形成量、集団の多様性が腸内ファージの持続性に影響を及ぼす
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満期産児は早産児よりも、性別、分娩様式、授乳の種類（母乳のみか否か）にかかわらず、ファージが持続する可能性が高かった（p = 0.0079；フィッシャーの正確検定）。また、早産児よりも満期産児の方が、初期コロニー形成ファージの割合が高かった（p = 0.0042；ウィルコクソン順位和検定）（図2B）。初期ファージ集団のサイズや多様性は、早産児と満期児の比較を混乱させるものではなかった。というのも、早期コロニー形成ファージの総数やアルファ多様性には有意差が認められなかったからである（それぞれp = 0.28および0.14；ウィルコクソン順位和検定）。
最初のサンプリング時点（W1およびMom1）では、乳児および母親のファージ持続感染者は、非永続感染者よりも有意に相対量が多かった（それぞれp = 1.58e-09および1.61e-83；ウィルコクソン順位和検定）（図2C）。乳幼児では、ファージ・パーシスターは非パーシスターよりも高いヌクレオチド多様性を示した（p = 0.019；ウィルコクソン順位和検定）（図2D）。しかし、母親のファージ持続感染者と非永続感染者の間に差は見られなかった（p = 0.96; Wilcoxon rank-sum検定）（図2D）。
乳児のファージ持続性ファージは温帯性ファージに富んでおり（p = 0.027; Fisherの正確検定）（STAR Methods）、その持続性の一部はプロファージとして微生物宿主と安定的に共存する能力に起因している可能性が示唆された。ファージ・ライフスタイルの差は、母方のパーシスターと非パーシスターの間に検出されなかった（p = 0.53; Wilcoxon rank-sum検定）。バクテロイデス（Bacteroides）属、パラバクテロイデス（Parabacteroides）属、ビフィドバクテリウム（Bifidobacterium）属の9つの細菌は、他の属よりも持続性ファージを保有する可能性が高かった（q < 0.05；片側二項検定）（図S2；表S3A）（STAR Methods）。特に、Bacteroides属とParabacteroides属の菌株は、持続性ファージが豊富であった（q < 0.01; 片側二項検定）（Table S3B）（STAR Methods）。Collinsella、Megasphaera、Phocaeicola株の多くも持続性ファージを持っていたが（q < 0.01；片側二項検定）、BacteroidesとParabacteroidesに比べて持続性ファージを持つ可能性は低かった（図S3；表S3）。
乳児におけるファージと宿主細菌の共存
これらの属から予測される宿主を持つ細菌株とファージの持続性は、ファージと細菌の持続性の直接的な関連を示唆している。持続性細菌とファージの関係をよりよく理解するために、3年間にわたる持続性ファージとその宿主と予測される細菌の存在量を調べた（STAR Methods）。最も興味深かったのは、1つ以上の時点で宿主に組み込まれずに持続したファージであった。なぜなら、これらの例は腸内ファージと細菌の集団動態を明らかにする可能性が最も高いからである。
我々は、CRISPRスペーサーのマッチングを用いて細菌宿主のタイプを確信を持って割り当てることができる18の例に焦点を当てた（図S4）。具体的には、ファージが同じ乳児コホートの別の個体のCRISPRスペーサーや公開データベースから標的とされた場合、期待される宿主種がファージと共存する限り、宿主の同定を許可した。2つのケースでは、ファージと共存する細菌のゲノムからのCRISPRスペーサーに基づいて、特定の細菌宿主を割り出すことができた。その一つは早産児#57のBacteroides vulgatusファージ（「I57_Bv_phage」）であり、もう一つは満期児#123のMegamonas funiformisファージ（「I123_Mf_phage」）であった。
I57_Bv_phageはW1とW6にのみ検出されたが、その細菌宿主であるB. vulgatus（「I57_Bv_host」）は6つのサンプリングウインドウすべてで検出された（図3A）。I57_Bv_phageとI57_Bv_hostはともに母系感染した。リードマッピングにより、I57_Bv_host CRISPR遺伝子座の集団内および経時的な不均一性が明らかになった（図3A）。具体的には、I57_Bv_hostとI57_Bv_phageの両方が検出されたW1とW6の間、CRISPR領域を横断するリードマッピングによって示されるように、CRISPRアレイをコードするI57_Bv_host集団は少数派であった（図3A）。I57_Bv_phageが検出されなかった場合（W2-W5）、一貫したリードカバレッジが示すように、同じCRISPRアレイが集団全体に存在した。我々は、I57_Bv_host集団の大半のメンバーによるCRISPRターゲティングの欠如が、W1とW6におけるI57_Bv_phageの存在を可能にしたと推論している。ファージの存在は、これら2つの時点におけるCRISPRを持たない宿主集団の存在量の低下に対応している（図3A）。W2からW5にかけて、宿主集団全体におけるCRISPRアレイの存在は、細菌の存在量の増加とファージの存在量の有意な低下に対応しており、CRISPRアレイがI57_Bv_hostによって積極的に利用され、ファージの捕食から守られていることが示唆された。
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図3ファージとその宿主と予想される細菌の共存性
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I57_Bv_phageとは異なり、I123_Mf_phageはすべてのサンプリングウィンドウで一貫して検出された。その宿主であるM. funiformis（「I123_Mf_host」）は、当初（W1の間）CRISPRアレイをコードしていなかった。しかし、W2から、I123_Mf_host集団全体が、I123_Mf_phageを標的とするCRISPRアレイをコードするようになった（図3B）。1つのスペーサーはファージの巻き尺タンパク質の36-nt領域をターゲットにしている。W5以前は、CRISPRスペーサーが標的とするI123_Mf_phage領域には一塩基多型（SNP）は蓄積していなかった（図S5A）。W5から、スペーサー標的領域の1つのSNP（C→T；ロイシンからフェニルアラニンへの非同義変異）がサブ集団で検出されたが、このサブ集団は元のI123_Mf_phage集団を完全に追い越すことはなかった（図S5B-S5D）。興味深いことに、いくつかの時点のリードをマッピングすると、プロファージのカバレッジは、隣接する宿主ゲノムと比較して同じか低いことが示された。他の時点のリードは、ファージ領域のカバレッジがフランキング宿主ゲノムよりも高いことを示している（図S5E）。このことは、このファージが定期的に宿主ゲノムから切り離され、時には（おそらくファージ粒子として）統合されない形で共存していることを示している。
全体として、I57_Bv_phageとI123_Mf_phageは乳児において異なるコロニー形成ダイナミクスを示した。興味深いことに、両者とも温和なファージであり、一方は宿主の染色体に定期的に組み込まれる。その理由は不明である。この配置がファージと宿主、あるいはその両方にとってどのように有益なのかを解明するためには、今後の研究が必要である。
乳児の持続性ファージは核酸代謝遺伝子に多くのSNPを蓄積する
最初のウインドウと最後のウインドウにのみ検出された1つのファージ・パーシスター（I57_Bv_phage）以外に、他の154株のファージ・パーシスターは半分以上のウインドウで検出された（図S3）。私たちは、宿主の防御システムを回避し、持続性を可能にするために変異を蓄積した遺伝子があるのではないかと考えた。そこで、難分解性ファージがコードする全遺伝子における集団レベルのSNP（pSNP）を定量化した（STAR Methods）。
その結果、7,365個のファージがコードする遺伝子のうち、約97%は集団レベルの固定変異を持たなかったが、約3%（n = 237）は少なくとも1つの固定SNPを持った。これらのうち大多数は固定pSNPを1つしか持たなかったが、22の遺伝子は3年間で有意に高い長さ正規化変異数を蓄積し、ほとんどの変異は同義であった（全ての非ゼロ変異数の1.5×四分位範囲[IQR]以上）（表S4A）（STAR Methods）。22個の遺伝子のうち、12個は機能不明であった。アノテーションのある遺伝子のうち、核酸代謝、制御、組換えに関与する遺伝子が有意に濃縮された（p = 0.0216；フィッシャーの正確検定）。主に変異した上位5遺伝子は、ペプチダーゼ／エンドリジン、超後期発現因子1／チロシン組換え酵素、逆転写酵素（RT）、ビリオン構造タンパク質、および機能不明タンパク質である（表S4A）。
さらに、母方のファージ・パーシスター株に蓄積した変異を評価した。調べた28,538遺伝子のうち、約2.8%に少なくとも1つの固定pSNPがあった。これらの遺伝子のうち、77の遺伝子が長さ正規化した集団レベルの変異を有意に多く蓄積しており（表S4B）、そのほとんど（n = 52）が機能未知であった。興味深いことに、幼児とは異なり、突然変異の半分は非同義であった。アノテーションを持つ高度に変異した遺伝子のうち、どの機能カテゴリーも有意に濃縮されていなかった。主に変異した遺伝子のトップ5には、機能未知の3つ、ペプチダーゼ／エンドリジン、チオレドキシン（"thioredoxin_4"）が含まれる（表S4B）。
停止コドンが変更されたファージは乳児と母親で持続した
乳児と母親の腸内ファージオームの約99.7%は標準的な遺伝子コード（コード11）を使用していたが、ごく一部のファージはTAGまたはTGA停止コドンをグルタミンまたはトリプトファンをコードするようにコードし直した（それぞれ遺伝子コード15と4）。乳児24名から37株、母親22名から41株のファージを同定したが、そのほとんどがTAG停止コドンをコードしていた（n = 69）。リコードされたファージの大部分は溶菌性であると予測されたが、5株は温帯性であった。コード化された温帯性ファージのゲノムサイズ（28.6 ± 3.7 kb；100％CheckV完全）は、溶菌性ファージのゲノムサイズ（124 ± 35.6 kb）よりも有意に小さかった（p = 0.0011；Wilcoxon rank-sum検定）。再コード化ファージは平均146日間（約5ヵ月間）乳児に定着し、その大部分は1歳以降に出現した（図S6A）。乳児から検出されたコード化ファージの約半数は母体感染であった。
リコードファージは、標準的な遺伝子コードを用いたファージよりも、乳児に定着する可能性が有意に高かった（p = 0.010；フィッシャーの正確検定）。10個のリコードファージがW1期間中に乳児にコロニー形成され、3個（I57_PsAC1、I79_PsAC1、I123_PsAC1）の遺伝コード15を用いたゲノム長99.6±1.5kbのファージが3歳まで持続した。これらはそれぞれ、生物学的に無関係な57番（早産）、79番（満期）、123番（満期）の乳児のものであった。I57_PsAC1 の宿主はBacteroides vulgatusであることがCRISPRスペーサーのマッチから予測されたが、他の2つのファージの宿主は不明であった（STAR Methods）。すべてのリコードされたパーシスターは母性感染し、母親においても持続した（STAR Methods）。興味深いことに、これらの再コード化されたファージはすべて溶菌性であると予測された。従って、これらのファージの安定した腸内コロニー形成は、その持続性を可能にするゲノム形質を探索する動機となった。
3つのファージ全てにおいて、インフレームTAGを含む遺伝子は、インフレームTAGを含まない遺伝子よりも変異する可能性が有意に高かった（p = 5.01e-08；フィッシャーの正確検定）。再コード化された遺伝子は、再コード化されなかった遺伝子よりもヌクレオチドあたりのSNPの数が多かった（p = 0.0036；ウィルコクソン順位和検定）。これは単に、遺伝子内の再割当てコドンの出現を予測するのは速い進化であることを反映しているのかもしれない。
3つのファージはすべて、フレーム内TAG含量の経時変化において異なるパターンを示した。まず、乳児関連ファージI57_PsAC1では、フレーム内TAGが7.0%純増したが、そのほとんどは構造遺伝子の同義変異であった（図4A）。いくつかのケースでは、インフレームTAGはインデルの結果として蓄積された（表S5A）。乳児57の母親の同じI57_PsAC1ファージでは、フレーム内TAGの増加は2.2%しか検出されなかったが、この割合は他の2つのファージで観察されたよりも高い（図4A）。2番目のファージであるI79_PsAC1では、フレーム内TAGの変化はほとんど見られなかった（図4A）。具体的には、3年後、フレーム内TAG含量は0.52%減少していた。3例目のI123_PsAC1では、3年目までにフレーム内TAGの純減少が約2%検出された。このフレーム内TAGの減少は、多様性を生み出すレトロエレメント（DGRs54,55）の主要な構成要素である、コードされたRT内の502-ntの欠失の結果であった（図4CおよびS6D）。
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図4DGRはファージの持続性と関連している
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DGRは腸内でのファージの持続性を可能にする可能性がある。
DGRシステムは3つの再コード化されたパーシスター（I57_PsAC1、I79_PsAC1、I123_PsAC1）全てに見られた。予想通り、全てはRT、可変領域（VR）、鋳型領域（TR）から構成されている（図4、S6B-S6D、表S5B）（STAR Methods）。それぞれのコードされたパーシスターについて、予測されたRTは複数のフレーム内TAGコドンを持ち、予測された標的遺伝子であるコードされたテールタンパク質に隣接していた（図4B、4C、およびS6B-S6D）。ゲノムアラインメントから、各永続体について、標的となるテールタンパク質の3′末端付近に位置するVRが、3年間のサンプリング期間内に変異したことが明らかになった（図4B、4C、およびS6B-S6D）。
I57_PsAC1では、最初のサンプリングウィンドウから最後のサンプリングウィンドウまでDGRが存在した（図4BとS6B、表S5B）。I79_PsAC1では、すべての時点でRTが存在したにもかかわらず、DGRが存在すると予測されたのはW6とMom2のみであった（図S6C；表S5B）。I123_PsAC1では、W3の間にRT内の502-ntが欠失したため、DGRは機能しなくなり、I123_PsAC1上の標的テールタンパク質のVRは、残りのタイムウィンドウでもほとんど変わらなかった（図4CおよびS5D；表S5B）（STAR Methods）。母親の同じファージはRTで同じインデルを獲得した（図4CとS6D）。I123_PsAC1のVRはW2以前は乳児と母親で同一であったが、3年目（W6とMom2）には異なっていたことから、DGRの消失は乳児と母親で独立して起こったのではないかと推測される。
54,55,56,57再コード化された3つの持続性ファージすべてでDGRが同定されたこと、また遺伝子コードに関係なく持続性ファージに多数の変異が蓄積していることから、腸内ファージは長期持続のためにDGRを利用しているのではないかという仮説を立てた。実際、乳児と母親における持続性ファージは、非持続性ファージに比べて有意にDGRをコードしている可能性が高いことがわかった（p = 4.94e-27；フィッシャーの正確検定）。さらに、乳児におけるDGRをコードするファージの割合は、時間の経過とともに増加することが観察された（スピアマン相関r = 0.76、p値 = 4.06e-53）（図4D）。母親は当初、乳児よりもDGRをコードするファージの割合が高かった（q = 1.56e-12；ウィルコクソン順位和検定）（図4E）。しかし、3歳になる頃には、DGRをコードするファージの密度は乳児と母親の間で同程度になった（q = 0.092；ウィルコクソン順位和検定）（図4E）。
考察
我々は、生後3年間の早産児と満期産児のファージオームの継代を調べるために、デノボで構築したファージデータベースを用いて株分解解析を行った。3年間隔で採取された母親の糞便サンプルを含めることで、母親のファージオームが生後早期のファージオーム構築に及ぼす影響を評価することができた。また、長期にわたる母親のサンプル収集により、母親におけるウイルスの持続性を調べることができた。本研究では、ファージオームの継起を菌株の解像度で解析することで、初期にコロニー形成したファージ株と後から獲得したファージ株とを区別することができ、先行する乳児のビローム研究29,30,33とは異なっている。乳児と母親の両方で3年間のサンプリング期間があったため、乳児と母親で3年近く持続した初期コロニー形成ファージに主に焦点を当てることで、個体内ファージ継代のトピックを探究した。
乳児の腸内ファージオームでは、出生から3歳までの間にファージ集団が大きく入れ替わったが、初期コロニー形成ファージの約9％がこの期間にわたって持続した。母親の腸内ファージオームは、このような長期間持続するファージの重要な供給源であることが同定された。垂直伝播されたファージ株は、伝播されなかったファージ株よりも母親と乳児の両方で持続する可能性が高く、母親と乳児の間で継続的かつ相互に播種されていることが示唆された。さらに、これらの母子感染ファージの持続性は、腸粘膜21,59への付着性の向上や、免疫系60,61,62,63による耐性など、腸内環境への適応を反映している可能性もある。
バクテロイデス属は、持続性ファージを保有する可能性が最も高い属であった。また、この属の細菌株は、他の属の株よりも乳児に持続する可能性が高かった。細菌の持続性には、CRISPR-Casシステム64,65のような、ファージの捕食を回避するメカニズムが必要である。バクテリアとファージの共存が観察されたことから、両者の間で妥協が成立したのかもしれない。私たちは、一部のB. vulgatusは持続性B. vulgatusファージを標的とするCRISPR-Casシステムを持っているが、個体群の大部分にはこの遺伝子座がなく、その結果、ファージ感受性とファージ耐性の細菌宿主株が混在していることを観察した。我々は、ファージ感受性の程度が異なる宿主集団が混在していることで、ファージと細菌の共存が長期化しているのではないかと考えた。実際、相変化性多糖類を持つバクテロイデス属でも同様の現象が見られ、ファージ感染に感受性のある宿主集団のサブセットだけが残っていた24,66,67。
ファージが持続するもう一つの要因は、多様なファージ集団が存在することである。私たちは、ファージ持続感染者は非永続感染者よりもヌクレオチドの多様性が有意に高いことを発見し、非永続感染者と比較して細菌防御システムを回避する可能性が高いことを示唆した。この仮説を支持する観察として、最初のコロニー形成期において、DGRは非パーシスターよりもパーシスターによってコードされる可能性が高かった。DGRはしばしばファージが特定のゲノム領域を多様化するのに使われ、その多くは宿主認識領域である。我々は、宿主の進化したレセプターへの適応を可能にする能動的な尾部タンパク質の多様化は、これらのファージが腸内に長くとどまるために用いる戦略の一つであると推測している。さらに、尾部タンパク質の修飾によって新しい宿主レセプターに結合できるようになり、ファージの宿主域が変化する可能性もある。微生物細胞が密集し、株の不均一性が高いヒトの腸では、複数の宿主に感染できることが、ファージの長期的なコロニー形成に有利であることが示唆されている34,73。
腸内ファージオームのごく一部ではあるが、TAGの停止コドンを再コード化したファージは、標準的な遺伝暗号を用いたファージに比べて、初期にコロニー形成したファージが持続する確率が有意に高かった。TAGの再コード化によってグルタミンが組み込まれる現象は、近縁のファージが標準および／またはTGA再コード化遺伝コードを採用する系統を考えると、周期的に出現するようである44。時系列集団遺伝学的解析により、乳児と母親の両方において、時間の経過とともにフレーム内にTAGが蓄積している証拠が明らかになった。しかし、3つの再コード化された持続性ファージでは、3年間のフレーム内TAGコドン数に大きなばらつきがあった。フレーム内TAGの数の違いは、その場での進化というよりも、単に異なる個体群に対する選択を反映している可能性があり、フレーム内TAG含量が増加したり減少したりしたケース（ファージI123_PsAC1）を説明できるかもしれない。しかし、あるケース（ファージI57_PsAC1）では、連続する全ての時点でフレーム内TAGが一貫して増加していることから、フレーム内TAGの継続的な導入の結果である可能性が非常に高い。この再コード化バクテロイデス溶菌ファージでは、早産児とその母親において、3年間のサンプリング期間中、主に「後期」構造遺伝子と溶菌遺伝子において、フレーム内TAGの著しい増加が観察された。後期発現遺伝子にフレーム内TAGを導入することは、最近、再コード化ファージが早期の溶菌を防ぐ方法として提案された。乳幼児の腸内細菌叢の細菌多様性が当初は低いことを考えると、ゲノム再コード化は、細菌の免疫システムに対するファージの別の防御層を提供する可能性が高いため、ある種の溶菌性ファージが長期的なコロニー形成を確立する上で特に有益である可能性があると推測された6,8,10,13。興味深いことに、乳児のバクテロイデスファージは、母親のファージよりも多くのインフレームTAGを蓄積していた。このことを説明するのは難しいが、この観察結果は、急速に変化する乳児の腸内細菌叢において、ファージが競争上優位に立つ必要性が高いことを示唆している。
ファージの持続性は未熟児にも影響されることがわかった。早産児の腸内細菌叢は、満期産の乳児と比較して、病院関連株で構成される初期腸内細菌叢を持つ傾向があり、満期産のような安定した状態に到達するまでに、より劇的なマイクロバイオームシフトを経る13。早産児に長期持続性ファージが少ないのは、早期コロニー形成菌であるバクテロイデス（Bacteroides）属13が少ないためと考えられる。
乳児が成熟するにつれて、ウイルスの多様性が増加することが観察された。腸内細菌群集で見られた傾向と同様に、満期前の乳児と満期を迎えた乳児の腸内ファージオームは、3年後には母親のそれと同程度の複雑さに達することがわかった。この研究結果は、2〜3年の間にウイルスの多様性が減少すると報告した、過去に行われた2つの早期ウイルス学的研究とは対照的である。Limらによる研究では、主に2013年まで更新されたNCBIヌクレオチドデータベースを用いてビロームの特徴付けを行った30。Waltersらが主導した研究では、2019年まで更新されたNCBIヌクレオチドデータベースに依存していた33。加えて、これらの研究は、今回のようにメタゲノム全体ではなく、濃縮されたウイルス様粒子（VLP）に対して配列決定を行ったため、ほぼ全てのプロファージを見逃している可能性がある。乳幼児腸内ファージオームの高い個体性と回転率79,81、および不完全な公開腸内ファージデータベース31,52,82,83,84を考慮すると、我々は、デノボで構築された研究固有のファージデータベースを使用することで、より正確で代表的な初期腸内ウイルスアセンブリの画像が得られた可能性があると推論している。
ファージと真核ウイルスの両方を調査した先行研究29,30,33とは異なり、本研究ではDNAファージとその宿主細菌を調査した。我々は、ファージのコロニー形成の動態と予測される宿主細菌との関係を、菌株を分解して詳細に解析することを優先した。この分野の進展に伴い、高品質の非DNAファージデータベースが再構築され、真核生物ウイルスの継代ダイナミクスを詳細に調査できるようになることが期待される。
まとめると、乳幼児とその母親における残存ファージを評価し、長期的なファージコロニーゼーションに関連する因子を評価することにより、本研究は、腸内ファージオームの継代に関するきめ細かな見解を提供するものである。最初のファージコロナイザーはごく一部であるにもかかわらず、ファージ持続生は乳児の腸内マイクロバイオームの発達の軌跡を形成する上で重要な役割を果たしている可能性が高い。早産児と満期産児、およびその母親における個々のファージと細菌株を同定し、生後3年間追跡し、集団遺伝学的解析を行うことによって、我々は、母親由来、宿主細菌の持続性、高い集団多様性、および遺伝的再コード化がすべてヒト腸内におけるファージの持続性に寄与していることを明らかにした。
STAR★方法
主要リソース表
試薬またはリソースソースの識別子
生物学的サンプル
便サンプル

本原稿 該当なし
重要な市販アッセイ
DNeasy PowerSoil HTP 96 DNA分離キット Qiagen Cat #47017
QIAamp PowerFecal Pro DNA分離キット Qiagen Cat #51804
微生物群集スパイクインコントロールI（高微生物負荷） ZymoBIOMICS Cat #D6320
微生物群集スパイクインコントロールI（低微生物負荷） ZymoBIOMICS Cat #D6321
寄託データ
すべての乳児および母親の便サンプルのメタゲノム配列 本原稿 NIH BioProject： PRJNA698986
メタゲノムアセンブリされた細菌およびファージゲノムと論文関連データ 本原稿 Figshare: https://figshare.com/articles/online_resource/Lou2023_InfantGutPhages/24083232
ソフトウェアとアルゴリズム
bcl2fastq バージョン 2.20 イルミナ https://support.illumina.com/downloads/bcl2fastq-conversion-software-v2-20.html
Sickle バージョン 1.33 Joshi and Fass, 201185 https://github.com/najoshi/sickle
Bowtie2 バージョン 2.3.5.1 Langmead and Salzberg86 https://github.com/BenLangmead/bowtie2
IDBA-UD version 1.1.3 Peng et al.87 https://github.com/loneknightpy/idba
Prodigal version 2.6.3 Hyatt et al.88 https://github.com/hyattpd/Prodigal
tRNAscan-SE version 0.1 Chan and Lowe89 https://github.com/UCSC-LoweLab/tRNAscan-SE
MetaBAT version 2.12.1 Kang et al.90 https://bitbucket.org/berkeleylab/metabat/src/master/
CONCOCT version 1.1.0 Alneberg et al.91 https://github.com/BinPro/CONCOCT
MaxBin バージョン 2.2.7 Wu ら 92 https://sourceforge.net/projects/maxbin/
DasTool version 1.1.1 Sieber et al.93 https://github.com/cmks/DAS_Tool
dRep version 3.4.3 Olm et al.94 https://github.com/MrOlm/drep
tRep バージョン 0.5.3 Olm94 https://github.com/MrOlm/tRep
GTDB-Tk version 2.1.1 Chaumeil et al.95 https://github.com/Ecogenomics/GTDBTk
Seeker バージョン 1.0.3 Auslander and Gusso96 https://github.com/gussow/seeker
VIBRANT version 1.2.1 Kieft et al.97 https://github.com/AnantharamanLab/VIBRANT
geNomad version 1.5.1 Camargo et al.98 https://github.com/apcamargo/genomad
CheckV version 1.0.1 Nayfach et al.49 https://bitbucket.org/berkeleylab/checkv/src/master/
COBRA version 1.2.2 Chen et al.99 https://github.com/linxingchen/cobra
BLASTP バージョン 2.14.1 NCBI https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi
HMMER バージョン 3.3.2 Eddy, 1998100 http://hmmer.org/
タンパク質クラスタリングパイプライン Méheust et al.101 https://github.com/raphael-upmc/proteinClusteringPipeline
MMseqs2 バージョン 7e2840992948ee89dcc336522dc98a74fe0adf00 Steinegger and Soding, 2017102 https://github.com/soedinglab/MMseqs2
HHBlits version 3.2 Remmert et al., 2011103 https://github.com/soedinglab/hh-suite
DIAMOND version 2.1.8 Buchfink et al.104 https://github.com/bbuchfink/diamond
MinCED バージョン 0.4.2 Skennerton13 https://github.com/ctSkennerton/minced
PILER-CR バージョン 1 Edgar105 http://www.drive5.com/pilercr/
inStrain バージョン 1.6.3 Olm et al.45 https://github.com/MrOlm/instrain
DGR_identification scripts version 1 Roux et al.54 https://bitbucket.org/srouxjgi/dgr_scripts/src/master/
Geneious バージョン 2023.2 Kearse et al., 2012106 https://www.geneious.com/
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リソースの有無
連絡先
詳細情報およびリソースのリクエストは、リードコンタクトである Jillian F. Banfield (jbanfield@berkeley.edu) までお願いします。
資料の利用可能性
本試験では新規の試薬は得られていない。
データおよびコードの利用可能性

Bowtie86を用いてヒト配列（ヒトゲノムアセンブリリファレンスGRCh38）を除去した前処理リードからなるメタゲノムシーケンスデータは、National Center for Biotechnology Information (NCBI) Sequence Read Archive (SRA) (BioProject accession number PRJNA698986)に寄託され、公開日現在入手可能である。メタゲノムアセンブリされたバクテリアおよびファージゲノムとその関連情報（相対的存在量や遺伝暗号など）は、Figshare (https://figshare.com/articles/online_resource/Lou2023_InfantGutPhages/24083232)で入手できる。アクセッション番号は主要リソース表に記載されている。脱同定された乳児と母親のメタデータおよびメタゲノム配列情報は、表S1およびS2に記載されている。

本論文で使用した全てのソフトウェアツールは公開されており、key resources tableに記載されている。本論文では、新たなコードを生成していないため、オリジナルのコードは報告していない。

本論文で報告されたデータの再解析に必要な追加情報は、要請があれば主任連絡先から入手可能である。
実験モデルと被験者の詳細
本研究は、ピッツバーグ大学ヒト研究保護室（IRB STUDY190040）の審査および承認を受けた。このネステッド症例対照観察研究は、未熟児と満期産児の腸内細菌叢、ならびにNECおよび/またはLOSを発症した未熟児と年齢をマッチさせた未熟児の生後1年間の腸内細菌叢を研究するために当初計画された。これらの目的のために、合計183人の乳児（妊娠34週以前に生まれた35人の正期産児と148人の早産児）を登録した。前向きに追跡された早産児148人の内訳は、NECを2回発症した1人を含むNEC児10人、LOS児5人、NECとLOSの両方を発症した1人、NECもLOSも発症しなかった132人であった。NECまたはLOSを発症した乳児それぞれについて、同時に入院し、年齢がほぼ同じで、生後1週間以降に抗生物質による治療を受けていないコホートのメンバーを同定した。しかし、患者の離脱、重要な時点におけるサンプルの欠落、あるいはサンプルバイオマスの低下により、研究対象から除外せざるを得ない乳児もいた。最終的に、28人の満期産児と24人の早産児（健常対照児9人、NEC児9人、LOS児5人、NECとLOSの両方を発症した乳児1人）から、出生から3歳までの縦断的サンプルを得た。52人の乳児のうち44％が女性（n = 23）で、81％が白人（n = 42）であった（図S1；表S1およびS2）。社会経済状態に関する情報は収集されなかった。
登録された乳児とその母親の糞便サンプルは、すべてUPMC Magee-Womens Hospital（ペンシルベニア州ピッツバーグ）で5年間にわたって採取された。正期産児は出生後3日以内に退院し、周産期の抗生物質は投与されなかったが、早産児はすべて出生直後に早期発症敗血症の評価中に経験的抗生物質を投与され、その後最初の2～3ヵ月を病院で過ごした。乳児の糞便サンプルに加え、52人の乳児の母親42人から、出産後2週間以内と3歳になった時の2回までの糞便サンプルを採取した（図S1）。すべてのサンプルは保護者の同意のもとに採取され、サンプル受領前に被験者の識別は解除された。52人の乳児全員とその母親の非識別化メタデータは表S1に示した。
方法の詳細
サンプル採取とメタゲノム配列決定
乳児および母親の糞便サンプルは、訓練を受けた看護師がUPMC Magee-Womens Hospitalで、または詳細な採取方法を説明した両親が自宅で採取した。具体的には、乳児の新鮮な便サンプルは、排泄が活発な乳児から直接、または便が出た直後のおむつから採取した。母親の糞便検体は、便器検体採取器を用いて採取され、そこから糞便検体が採取チューブに移された。病院で採取した便検体はすべて、採取後直ちに-80℃で保存した。自宅で採取した検体は、研究スタッフが回収して-80℃の状態に移すまで、自宅の冷凍庫で保存した。乳児が2歳以下のときに採取された凍結糞便サンプルのDNA抽出は、Qiagen DNeasy PowerSoil HTP 96 DNA Isolation Kitを用い、メーカーのプロトコルに修正を加えて行った（プレートベースの抽出；702の糞便サンプルに対して合計9枚のプレートを使用）。2歳以降に採取した糞便サンプルのDNA抽出は、Qiagen QIAamp PowerFecal Pro DNA Isolation Kit（シングルチューブ抽出、117サンプルに使用）を用いて行い、プレートベースのDNA抽出法で起こりうるサンプルの交差汚染を最小限に抑えることを試みた。どちらの抽出キットも性能は同等であったため、このことが結果に大きく影響することはなかった。各 96 ウェル抽出プレートには、少なくとも 1 つの試薬のみの陰性対照が含まれていた。また、2 種類の ZymoBIOMICS Microbial Community Standards（カタログ番号 D6320 および D6321）を、4 枚の DNA 抽出プレートの陽性対照として含めた。陽性対照と陰性対照の両方を用いて、既述のようにDNA抽出プレートのウェル間汚染を評価した47。
収集した乳児および母親の糞便サンプルのメタゲノム配列決定は、カリフォルニア大学バークレー校のCalifornia Institute for Quantitative Biosciences（QB3-バークレー）と共同で行い、配列決定情報は表S2に記載した。全サンプルのライブラリー調製は既述のように行った107。最終的に配列決定が可能なライブラリーをサブプールにプールし、Advanced Analytical Fragment Analyzerで可視化および定量した。その後、すべてのライブラリーを均等に単一プールにプールし、Illumina MiSeq Nanoシーケンスランでシーケンスしてプーリングの正確性をチェックした。単一プールをMiSeqシーケンスランに基づいて調整し、2% PhiX v3スパイクインコントロールを用いた個別のIllumina NovaSeq6000 150ペアエンドシーケンスレーンでシーケンスした。シーケンス後のbclファイルは、Illuminaのbcl2fastq v2.20ソフトウェアを用いて、元のサンプル数ごとにdemultiplexed fastqファイルに変換した。
メタゲノム解析および遺伝子予測
全819サンプルのリードをSickle（https://github.com/najoshi/sickle）を用いてトリミングし、デフォルト設定のBowtie286でヒトゲノムにマッピングされたリードは破棄した。その後、各サンプルのリードをIDBA-UD87を用いてデフォルト設定で独立にアセンブルした。また、各幼児について、その幼児の全サンプルからのリードを結合してアセンブルする共同アセンブルも行った。長さが1kb未満のスキャフォールドは破棄された。残りのスキャフォールドは、Prodigal88を使用して、デフォルトのメタゲノム設定を使用してオープンリーディングフレーム（ORF）を予測し、tRNAはtRNAscan-SE（v0.1）を使用して予測した89。
微生物メタゲノム de novo ビニングおよび分類学的割り当て
各個体の全サンプル間でペアワイズクロスマッピングを行い、ビニングのためのアバンダンスの差分シグナルを生成した。その後、DasTool93を使用して、これら3つの自動ビニングプログラムの組み合わせから最適な微生物ビンを選択した。得られたドラフトゲノムビンは、dRep94 (v3.4.3) dereplicate (-comp 75 -con 10 -sa.98 -nc.25)により、全ゲノム平均ヌクレオチド同一性(gANI)98%で複製解除された。gANIが98%以上のゲノムを同一細菌亜種に分類し、dRepスコアが最も高いゲノムを各細菌亜種の代表ゲノムとして選択した結果、合計1,951の脱複製微生物亜種が得られた。
すべてのアセンブルされた微生物ビンの予測遺伝子のアミノ酸配列は、最大e値0.0001でusearch ublastコマンドを使用してUniProt100データベースに対して検索された。tRep（https://github.com/MrOlm/tRep/tree/master/bin）は、同定されたtaxIDを分類学的レベルに変換するために使用された。簡単に説明すると、各分類レベル（種、属、門など）に対して、50%以上のタンパク質が同じ分類学的ラベルにベストヒットした場合に、ビンに分類学的ラベルを割り当てた。GTDB-Tk95,108（v2.1.1）は、tRepで割り当てられなかった分類学的レベルを解決するために使用された。
ファージ予測およびウイルス分類学の割り当て
ファージ予測ツールSeeker,96 VIBRANT,97およびgeNomad98を、アセンブルされたメタゲノム（コンティグ≧4.5kb）に対してデフォルト設定で実行した。アセンブルフリーベースのファージ予測は、Phanta52を用いて、ヒトDNAを除去してトリミングしたすべてのリードに対して、デフォルト設定で実行した。プロファージはVIBRANT、geNomad、CheckVを用いて同定し、宿主領域を除去してトリミングした109。CheckVとVIBRANTの両方で低品質と評価され、geNomadウイルススコア<0.9でgeNomadウイルス特徴遺伝子が1つ以下のコンティグは解析から取り除かれた。geNomadおよび/またはCheckVによって割り当てられた真核生物ウイルスの分類名を持つコンティグもまた除去された。合計で32,401のファージスキャフォールドが生成され、そのほとんどが(1)ウイルス遺伝子＞宿主遺伝子のコンティグ＜100kb、(2)宿主遺伝子が20%未満のコンティグ＞100kb、または(3)最小長25kbの宿主領域トリミングプロファージを持つ中・高信頼度ファージであった。
冗長でないファージ参照データベースを作成するために、32,401ファージ全てのスキャフォールドをdRep dereplicate (-sa 0.98 --ignoreGenomeQuality -l 4000 -nc 0.85 --clusterAlg single -N50W 0 -sizeW 1)を用いて85%のファージゲノムに対して98%のgANIでdrereplicateした。gANIが98%以上のゲノムを同一ファージ亜種と分類し、dRepスコアが最も高いゲノムを各亜種の代表ゲノムとした。さらに、ファージ遺伝子アノテーションを用いた手動検査（「ファージコード予測および遺伝子アノテーション」参照）により、1）CheckV、VIBRANT、またはgeNomadで低品質と評価された（ウイルススコア<0.9）、2）ファージのホールマーク遺伝子（すなわち、ファージ構造遺伝子）を欠くコンティグを除去し、最終的に8,424の代表的な高信頼性ファージ亜種を得た。
VIBRANTは、すべてのフリーで存在するファージのライフスタイルを予測するために使用され、すべてのトリミングされたプロファージは温帯ファージとして割り当てられた。geNomadは、ウイルス分類を割り当てるために使用された（end-to-endのデフォルト設定）。
種、属、ファミリーレベルのウイルスゲノムのクラスタリング
5つの研究31,48,49,50,51から検索された参照ファージ配列は、我々の再構築した8,424ファージゲノムと85%の長さで95% ANIでクラスタリングされた。ゲノムのクラスタリングは、Nayfachらによって開発された貪欲なセントロイドベースのアルゴリズム（https://bitbucket.org/berkeleylab/checkv/src/master/ の「supporting code」セクションを参照）109を用いて行った。95% ANIを選択したのは、この閾値が近縁で生物学的に関連性の高いファージを「ウイルス種31,48,110,111」にグループ分けすることが多くの研究で示唆されているからである。
遺伝子およびファミリーレベルのクラスタリングは、Nayfachらによって開発された平均アミノ酸同一性(AAI)と遺伝子共有の組み合わせを用いて行った（https://github.com/snayfach/MGV の "aai_cluster "ディレクトリを参照）49。計算効率のため、ファージ1種につき最長のゲノムのみを対象とした。具体的には、DIAMONDパッケージv2.1.8.162のBLASTPを'-e-value 1 × 10-10 -max-target-seqs 5,000'オプションで使用し、本研究で得られたすべてのウイルスタンパク質をアライメントした。その後、各ゲノムペア（両方が我々の研究のもの、または一方が我々の研究のもの、もう一方が5つの研究のもの）について、共有遺伝子（e-value <1 × 10-5）を同定し、それらのAAIを計算し、共有遺伝子の割合を計算した。残りのステップ（"Filter edges and prepare MCL input "および "Perform MCL-based clustering"）のパラメータは、Nayfach et al.49と同じであった。
ファージコード予測および遺伝子アノテーション
具体的には、Prodigalを用いて遺伝コード4、11、15を用いて全ファージゲノム上の遺伝子を予測し、各ファージの遺伝子の長さを合計し、全ファージゲノム長で割ることによってコーディング密度を計算した。遺伝コード11に対して遺伝コード4または15のコード密度が10%以上増加した4.5-100 kbのコンティグを暫定的にそのコードに割り当て、コード密度が5%以上増加した100 kb以上のコンティグもそのコードに割り当てた。すべてのコード割り当ては、各コンティグのマニュアル解析（すなわち、NCBIデータベースに対して正しい長さの遺伝子のBLASTPを実行）によって確認され、遺伝コードはすべてのファージに割り当てられた（TGAコードファージには遺伝コード4、TAGコードファージにはコード15、標準コードファージにはコード11）。HMMER112を用いて、得られた配列にPFAM、pVOG、VOG、TIGRFAM HMMライブラリーのアノテーションを行った。場合によっては、NCBIデータベースに対してBLASTP検索を実行してタンパク質のアノテーションを行った。101タンパク質はまずMMseqsを使ってサブファミリーにクラスタリングされ113、HHBlits114はMMseqs result2msaパラメータで生成されたアラインメントに基づいて各サブファミリーのHMMを生成するために使われた。得られたHMMをさらにHHBlitsを用いて互いに比較し、MCLクラスタリングを用いてHMM-HMM比較からファミリーを生成した。すべてのアノテーションはマージされ、最も低いe値を持つアノテーションが選ばれた。機能カテゴリーはPfeiferらによって発表された修正アノテーションシートを用いて割り当てられた115。
ファージ宿主予測
プロファージの宿主は、プロファージを含むコンティグがビニングされたゲノムに基づいて割り当てられた。得られた分類法は、分類学的プロファイリングによってさらに検証された。具体的には、DIAMOND104（高速モード、e = 0.0001）を用いて、NCBIの分類学的識別子を保持したUNIREF100データベースのカスタムバージョンに対して、すべてのファージおよびバクテリアのタンパク質を検索することにより、コンティグベースの分類学的プロファイリングを行った。各コンティグについて、最も多くヒットした微生物分類群を宿主とみなしたが、その分類群が2番目に多い分類群の3倍以上ヒットした場合に限る41,44。
ゲノムビンが割り当てられていないプロファージを含むコンティグ、および自由に存在するファージ・スキャフォールドについては、CRISPRスペーサー解析と分類学的分類を組み合わせて、推定宿主分類を予測した。得られた1,950,165個のスペーサーをCRISPRopenDB117の1,100万個以上のスペーサーと統合し、13,717,947個のスペーサーからなる比較的包括的なCRISPRスペーサーデータベースを作成した。その後、構築したスペーサーデータベースに対してblastn-shortを実行し、ANIが90%以上、スペーサーカバレッジが90%以上のファージとスペーサーのマッチを同定した。ほとんどの場合（特に宿主属レベルまで）、CRISPRスペーサー解析と分類学的プロファイリングは、ファージの宿主分類で一致した。この2つの解析が一致しなかった場合、ファージが3つ以上の細菌ゲノムの3つ以上のCRISPRスペーサーによって標的にされ、スペーサーがほぼ完全に一致し（ミスマッチが2つ以下）、これらの細菌ゲノムがすべて同じ分類を共有する場合、宿主分類はCRISPRスペーサー解析のコンセンサス結果を用いて割り当てられた。そうでない場合は、宿主分類は不明とした。
亜種の検出、相対存在量の計算、細菌株とファージ株の同定
個々の糞便サンプルからのリードは、Bowtie2をデフォルト設定で使用し、すべての連結された、代表的なファージ（n=8,424）または細菌（n=1,951）亜種ゲノム（上記のようにdRep dereplicateを介して生成）にマップされた。サンプル中の幅がそれぞれ0.75以上および0.5以上のファージおよび細菌ゲノムを存在するとみなし、それぞれのゲノムにマッピングされた全サンプルリードの割合として、それらの相対量を計算した。算出されたファージとバクテリアの相対量は、各サンプルの全ファージとバクテリアの相対量の合計で正規化された。
ほぼ同一のファージとバクテリア株を同定するために、inStrain compareを実行し、2サンプル以上に存在する全ゲノム間のゲノムの類似性を比較した。具体的には、inStrain compareをデフォルト設定で使用し、異なるサンプルペアの同一ゲノムへのリードマッピングを比較した。サンプルからのゲノムの比較領域がそれぞれ≧99％または≧99.999％の集団レベルANI（popANI）を共有する場合、サンプルは検査したゲノムの同じファージまたは細菌株を共有するとみなされた。サンプル中の少なくとも5倍のカバレッジを持つゲノム領域のみが比較され、ファージゲノムまたは細菌ゲノムの比較可能な領域がそれぞれ75％未満または50％未満のサンプルペアは除外された。
母子垂直感染の検出
各母子間感染について、乳児のすべての糞便サンプルを母親の糞便サンプルとinStrain compare（前述）を用いて比較し、ファージ（≧99% popANI & >0.75%_genome_compared）または細菌（≧99.999% popANI & ≥0.5%_genome_compared）の同一株を検索した。株は、Mom1検体とW1検体の間で共有されている場合、垂直伝播していると考えられた。
3年間のパーシスターおよび非パーシスターの検出
初期コロニー形成者の持続感染株と非永続感染株の区別には、「beginning-end」アプローチと「pairwise」アプローチを用いた。begin-end」アプローチでは、最初のサンプリングウィンドウ（≦月2；W1）と最後のサンプリングウィンドウ（≧月30；W6）の間で、99％以上（ファージ）または99.999％以上（細菌）のpopANIを共有する菌株を検索した。ペアワイズアプローチ」では、連続するサンプリングウィンドウ（W1-W2、W2-W3、W3-W4、W4-W5、W5-W6）の50％以上で99％以上（ファージ）または99.999％以上（細菌）のpopANIを共有する菌株を同定した。
経時的にファージ・パーシスターがコードする遺伝子に蓄積した一塩基多型の定量化
すべてのファージ・パーシスターについて、inStrain profileをデフォルト設定で使用し、すべてのサンプルペア間の一塩基多型（SNP）を同定した。ORF内で見つかったSNPのみがさらなる解析のために保持された。3年間の固定変異を推定するために、最初のサンプリング時点（W1またはMom1）と最終サンプリング時点（W6またはMom2）のファージゲノムを比較した。具体的には、遺伝子長（遺伝子／遺伝子のヌクレオチド長に蓄積された変異の総数）を正規化した後、全SNP数の第三四分位数（Q3）から第一四分位数（Q1）を引くことでIQRを計算した。高度に変異した遺伝子は、1以上のSNPを持つ全遺伝子の1.5倍以上のIQRを持つSNP数を蓄積した遺伝子として同定された（したがって、蓄積SNP＞Q3＋1.5＊IQRを持つ遺伝子）。
DGR検出と時系列比較ゲノム解析
DGR_identificationスクリプト（v1.0）（https://bitbucket.org/srouxjgi/dgr_scripts/src/master/）54を32,401の予測ファージゲノム全てに対して実行し、多様性生成レトロエレメント（DGR）を同定した。DGRの標的遺伝子は、PFAM、pVOG、VOG、およびTIGRFAM HMMライブラリを用いて、またNCBIデータベースに対するBLASTP検索によってアノテーションされた（上述）。
ファージパーシスターの経時的なDGR誘発変異を調べるために、代表的なファージパーシスターゲノムと同じdRepクラスターから糞便メタゲノム特異的ファージゲノムを抽出した（Cdb.csv；上記のようにdRep dereplicateを実行すると生成される）。その後、Geneious (https://www.geneious.com)を用いて、同一個体由来の全サンプル特異的ファージゲノムのDGR領域をアライメントし、可視化した。I123_PsAC1の場合、W3から回収されたゲノムで、コードされたRT内の502-ntの欠失が観察され、これはDGR_identificationスクリプトで予測されたDGRの不在に対応した。さらに、RTの保存ドメインを("MKRYNNLFDKVSLDNLYLADKKARRNKSHRKDIIEFDKNKDELLLQLQKQLIE gkyvtsyhtfiikepkeriifklpyypdrivhhaimnilepiwcsvfitntyscikkrgihkalydvqsalkdkqntvyclkldvrkfypsidheilkqivrkkikdnkllalldgiidsvegvpignylsqffanlylsyfdhwlkedkavkyyfryaddmvilhsdkeylrqlldeireqlgtlkleiksnyqifrvedrsisfvgyriyhdytlirknikhkmckvaamnklmtyrseyqvcshigwmkhnginllkkiikhqlieyarss∗") と、NCBIの保存ドメインデータベース（CDD）を使用した欠失なし（"MKRYNNLFDKVSLDNLYLADKKARRNKSHRKDIIEFDK NKDELLLQLQKQLIEGKYVTSEYHTFIIKEPKERINQKLKVIIRYSEQKIEVYPLQDIESITIIL＊"）。 118
群集多様性解析
最も早い糞便サンプルは早産児では生後数日後、正期産児では生後1ヵ月頃に採取されたため、2つの乳児グループ間の群集多様性解析はすべて同じ年代で行った（したがって、1ヵ月以前に採取された早産児サンプルは除外した）。
腸内ファージオームのアルファ多様性の変化を測定するために、特に指定がない場合は、異なるサンプリングウィンドウの腸内ファージオームを比較するためにウィルコクソン順位和検定を実施した。シャノン多様性指数（"skbio.diversity.alpha.shannon"）の算出には、scikit-bio（http://scikit-bio.org/）のモジュールを使用した。豊かさは、各サンプルで検出されたファージ亜種の数を定量化することで算出した。
定量化と統計解析
2群単変量比較
統計的有意性は、Fisherの正確検定（Scipyモジュール "scipy.stats.fisher_exact "を用いて実装）、Wilcoxon順位和検定（Scipyモジュール "scipy.stats.ranksums "を用いて実装）、二項検定（Scipyモジュール "scipy.stats.binom_test "を用いて実装）を用いて計算した。すべての多重比較は、q < 0.05の閾値で偽発見率（FDR）を補正した。標本相関はスピアマン順位相関係数を用いて計算した（Scipyモジュール "scipy.stats.spearmanr "を用いて実装）。
謝辞
Rohan Sachdeva、Jordan Hoff、Shufei Leiの技術サポートに感謝する。また、本研究に参加してくれたすべての家族に感謝する。資金援助については、J.F.B.とM.J.M.へのNIH award RAI092531Aに感謝する。グラフの要約はBioRender.comで作成した。
著者の貢献
Y.C.L.、M.J.M.、J.F.B.が研究を計画した。B.A.F.は糞便サンプルのDNA抽出を行った。Y.C.L.はメタゲノミクスデータの取得と解析をコーディネートした。Y.C.L.とA.L.B.はファージゲノムデータベースを構築した。L.X.C.とJ.W.R.はファージデータ解析をサポートした。原稿はY.C.L.とJ.F.B.が執筆し、著者全員が原稿の修正に貢献した。
利益申告
J.F.B.はメタゲノミ社の共同設立者である。
補足情報
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ドキュメントS1. 図S1-S6、表S3A、S3B
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表S1. STAR Methodsおよび表1に関連する乳児のメタデータ
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表S2. STAR Methodsおよび表1に関連する、糞便サンプルごとのメタゲノミクスシーケンスの詳細
ダウンロード .xlsx (.03 MB)
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表S4. STAR Methodsおよび図2に関連する、変異を多く蓄積したファージ遺伝子の詳細
(A)乳児で3年間持続した後、集団レベルの突然変異を有意に多く蓄積したファージ遺伝子、(B)母親で3年間持続した後、集団レベルの突然変異を有意に多く蓄積したファージ遺伝子。

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表S5. STAR Methodsおよび図4に関連する、再コード化持続性ファージにおける遺伝子変異の詳細
(A) 最初のタイムウィンドウと最後のタイムウィンドウの間でフレーム内TAG頻度が変化したI57_PsAC1遺伝子、(B) 3つの再コード化持続性ファージで検出された多様性生成レトロエレメント(DGR)。

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地球上の生態系に存在する巨大ファージのクレード。
Nature. 2020; 578: 425-431
論文で見る
スコープス (221)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ユーティンN.
ベンラーS.
シュマコフ S.A.
ウルフ Y.I.
トルストイ I.
レイコ M.
アンティポフ D.
ペフズナー P.A.
クーニン E.V.
ヒト腸内細菌のメタゲノム解析から、ユニークなゲノムの特徴を持つ多様なCrAss様ファージが発見された。
Nat. Commun. 2021; 121044
論文で見る
(49件)
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
クリスチ M.A.
チェン・L.X.
デボト A.E.
ボルジェス A.L.
ボルディン N.
Sachdeva R.
テット A.
シャラール A.M.
セガタ N.
デベネデッティF.
他
多様な動物のマイクロバイオームにおいて、近縁のラクメガファージが複製される。
iScience. 2021; 24102875
論文で見る
スコパス (9)
PubMed
概要
全文
全文PDF
グーグル奨学生
ボルヘス A.L.
ルー Y.C.
Sachdeva R.
アルシャイブB.
ペネブ P.I.
ヤッフェ A.L.
レイ・S．
サンティーニ J.M.
バンフィールドJ.F.
バクテリオファージにおける広範なストップコドンの再コード化は、溶菌遺伝子の翻訳を制御している可能性がある。
Nat. Microbiol. 2022; 7: 918-927
論文で見る
スクパス (12)
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
オルム M.R.
クリッツ-クリストフA.
ブーマ-グレグソンK.
ファイアークB.A.
モロウィッツ M.J.
バンフィールド J.F.
inStrainはメタゲノムデータから集団の微細多様性をプロファイリングし、共有微生物株を高感度に検出する。
Nat. Biotechnol. 2021; 39: 727-736
論文で見る
スコープス(134)
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
Kupczok A.
ニーブH.
ホアンK.D.
ヘップナー M.P.
ヘラー K.J.
フランツ・C.M.A.P.
ダガン T.
シホウイルス科ファージゲノムの30年にわたる進化における突然変異と組換えの速度。
Mol. Biol. Evol. 2018; 35: 1147-1159
論文で見る
スコープス (46)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ルー Y.C.
ホフJ.
オルムM.R.
ウェスト-ロバーツJ.
ダイヤモンド S.
ファイアーク B.A.
モロウィッツ M.J.
バンフィールド J.F.
メタゲノミクスデータのコンタミネーションを特定するための菌株分解解析の利用。
Microbiome. 2023; 1136
論文で見る
スコープ (3)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
グレゴリー A.C.
ザブロッキO.
ザイードA.A.
ハウエル A.
ボルデュックB.
サリバン M.B.
腸内ビロームデータベースが明らかにしたヒト腸内ビローム多様性の年齢依存性パターン
Cell Host Microbe. 2020; 28: 724-740.e8
論文で見る
スコープス (240)
PubMed
要旨
全文
全文PDF
グーグル奨学生
ネイファック S.
パエス-エスピノD.
コールL.
ロー S.J.
スベロ H.
イワノバ N.N.
プロアル A.D.
フィッシュバッハM.A.
バット A.S.
ヒューゲンホルツP.
他。
ヒト腸内細菌叢由来の189,680個のDNAウイルスのメタゲノム大要。
Nat. Microbiol. 2021; 6: 960-970
論文で見る
スコープス(143)
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
ティーザ M.J.
バック C.B.
ヒトメタゲノムに含まれる数万種類のウイルスのカタログから、慢性疾患との隠れた関連性が明らかになった。
Proc. Natl. Sci. 2021; 118e2023202118
論文で見る
スコープス (11)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
カマリロ-ゲレロ L.F.
アルメイダ A.
ランゲルピネロスG.
フィン R.D.
ローリーT.D.
ヒト腸内バクテリオファージの多様性の大規模拡大。
Cell. 2021; 184: 1098-1109.e9
論文で見る
(211件)
PubMed
要旨
全文
全文PDF
グーグル奨学生
ピント Y.
チャクラボルティ M.
ジャイン N.
バット A.S.
Phantaを用いたヒト腸内細菌叢のファージ・インクルーシブ・プロファイリング。
Nat. Biotechnol. 2023; 888
論文で見る
グーグル奨学生
タン M.
ウィーバー N.E.
フランク D.N.
アー D．
ロバートソン C.E.
ケンプ J.F.
ウェストコット J.
シャンカール K．
ガルセス A.L.
フィゲロアL.
他
妊娠中の母親の腸内細菌叢の多様性の縦断的減少は、複数の低リソース環境で観察される：Women First試験の結果。
フロント。微生物学。2022; 13823757
論文で見る
スコープス (3)
クロス
グーグル奨学生
ルー S.
ポール・B.G.
バグビー S.C.
ネイファック S．
アレン M.A.
アットウッドG.
カビッキオーリ R．
チストセルドヴァL.
グルニンガー R.J.
ハラム S.J.
他
グローバルマイクロバイオームにおける超変異の生態学と分子標的。
Nat. Commun. 2021; 123076
論文で見る
スコパス (18)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
リュー M.
デオラ R.
ドゥラトフ S.R.
ジンゲリー M.
アイゼリング F.A.
プレストン A．
マスケル D.J.
サイモンズ R.W.
コッター P.A.
パークヒルJ．
他。
Bordetellaバクテリオファージにおける逆転写酵素を介したトロピズムスイッチング。
Science. 2002; 295: 2091-2094
論文で見る
(192件)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ドゥラトフ S.
ホデス A.
ダイL.
マンダナ N.
リュー M.
デオラ R.
サイモンズ R.W.
ジマーリー S．
ミラー J.F.
ボルデテラ菌バクテリオファージにおける向性転換は、多様性を生み出すレトロエレメントのファミリーを定義する。
Nature. 2004; 431: 476-481
論文で見る
(144件)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ベンラー S.
コビアン-グエメスA.G.
マクネア K.
ハング S.H.
レヴィ K.
エドワーズ R.
ローワー F.
世界的に偏在するバクテロイデスファージがコードする多様性を生み出すレトロエレメント。
Microbiome. 2018; 6191
論文で見る
日本学術振興会特別研究員
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ワン S.
ライアンC.A.
ボヤバルP.
デンプシー E.M.
ロス R.P.
スタントンC.
早期の微生物叢の発達に影響を及ぼす母親の垂直伝播。
Trends Microbiol. 2020; 28: 28-45
論文で見る
スコープス (93)
PubMed
要旨
全文
全文PDF
グーグル奨学生
チン W.H.
ケットC.
クーパー O.
ミュセラー D.
チャン Y.
バマート R.S.
パットワ R．
ウッズ L.C.
デベンドラン C．
コーネフ D．
他。
バクテリオファージは粘膜表面への持続性を進化させた。
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2022; 119e2116197119
論文で見る
スコープス (11)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ポペスク M.
ヴァン・ベレヘムJ.D.
ホスラビ A.
ボリキー P.L.
バクテリオファージと免疫システム。
Annu. Rev. Virol. 2021; 8: 415-435
論文で見る
スコープス (10)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
フェデリーチ S.
ノブズ S.P.
エリナブ E.
ファージとそのマイクロバイオームおよび免疫制御の可能性。
細胞。Mol. Immunol. 2021; 18: 889-904
論文で見る
スコープス (66)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ヴァン・ベレヘムJ.D.
Dąbrowska K.
バニーチャウトM.
バーJ.J.
ボリキー P.L.
バクテリオファージ、細菌、哺乳類免疫系間の相互作用。
Viruses. 2018; 11
論文で見る
スコープス (207)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
Hodyra-Stefaniak K.
ミエニキエヴィッチP.
Drapała J.
ドラブ M.
Jończyk-Matysiak E.
レシオン D.
カチュミエルチャク Z.
ベータ W.
マジェフスカ J.
ハルハラM.
他
哺乳類の宿主対ファージ免疫応答がin vivoにおけるファージの運命を決定する。
Sci. Rep. 2015; 514802
論文で見る
スコープス (173)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
バラングー R．
フレモー C.
デヴォーH.
リチャーズ M.
ボヤバル P.
モワノー S.
ロメロ D.A.
Horvath P.
CRISPRは原核生物にウイルスに対する獲得耐性を提供する。
Science. 2007; 315: 1709-1712
論文で見る
筑波大学
PubMed
クロス
グーグル奨学生
アンダーソン A.F.
バンフィールドJ.F.
自然微生物群集におけるウイルス集団動態と後天性ウイルス抵抗性。
Science. 2008; 320: 1047-1050
論文で見る
筑波大学
PubMed
クロス
グーグル奨学生
シュコポロフ A.N.
ホクロワ E.V.
ステファンズN.
ヒュストンC.
シーモア S.
Hryckowian A.J.
ショルツ D．
ロス R.P.
ヒル C.
Bacteroides intestinalisにおけるcrAss様ファージcrAss001の長期持続性と相変異。
BMC Biol.
論文で見る
スコパス(24)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ポーター N.T.
グリコウィアンA.J.
メリルB.D.
フエンテス J.J.
ガードナー J.O.
グロワッキ R.W.P.
シン S．
クロフォード R.D.
スニトキン E.S.
ソネンバーグJ.L.
ら
相変化性莢膜多糖とリポタンパク質がバクテロイデス・テタイオタミクロンのバクテリオファージ感受性を修飾する。
Nat. Microbiol. 2020; 5: 1170-1181
論文で見る
スコープス (53)
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
ウー L．
ギンゲリー M.
アベベM.
アランブラ D.
ツォルニイ E.
ハンダ S.
カーン H.
リュー M.
ポール・シュローダー M.
ショウ K.L.
他
多様性を生み出すレトロエレメント：大規模ゲノム調査から推測される自然変異、分類、進化。
核酸研究 2018; 46: 11-24
論文で見る
スコープス (35)
PubMed
Crossref
グーグル奨学生
ケルセンJ.R.
ウーG.D.
腸内細菌叢、環境と現代社会の疾患。
腸内微生物。2012; 3: 374-382
論文で見る
スコープス (0)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ガロード N.R.
グッドB.H.
ハラッチェクO.
ポラード K.S.
宿主内および宿主間における腸内細菌叢の細菌の進化動態。
PLOS Biol.
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PubMed
クロスフィルム
グーグル奨学生
シュロスニッヒ S．
アルムガムM.
砂川 聡
ミトレヴァ M.
タップ J.
朱 A.
ウォーラー A.
メンデ D.R.
クルティマ J.R.
マーティンJ．
他。
ヒト腸内細菌叢のゲノム変異景観。
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論文で見る
日本学術振興会特別研究員
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
ウォルフ R．
シューメーカーW.
ガロードN.
ヒト腸内細菌叢の菌株レベルで現れる生態学的安定性。
mBio. 2023; 14e0250222
論文で見る
スコープス (4)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
Hedžet S.
ルプニックM.
Accetto T.
腸内バクテロイデス科細菌に感染するバクテリオファージの長期持続性の鍵は、広い宿主範囲にある可能性がある。
Sci. Rep. 2022; 1221098
論文で見る
日本学術振興会特別研究員
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ピーターズ S.L.
ボルヘス A.L.
ジャンノンR.J.
モロウィッツ M.J.
バンフィールドJ.F.
ヘティヒ R.L.
ヒトのマイクロバイオームファージが代替遺伝子を用いていることを実験的に検証。
Nat. Commun. 2022; 135710
論文で見る
スコープス (6)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ヘイズ S.G.
シード K.D.
ビブリオコレラ菌の優勢ファージは、防御ファージサテライトによる破壊に敏感な溶解阻害を示す。
eLife. 2020; 9e53200
論文で見る
スコパス (22)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ドゥルマズ E.
Klaenhammer T.R.
ファージに感染したラクトコッカス・ラクチス（Lactococcus lactis）は、ファージ耐性機構AbiZによって溶菌時計が早まり、早期に溶菌する。
J. Bacteriol. 2007; 189: 1417-1425
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スコパス (63)
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頓挫感染：抗ウイルス免疫戦略としての細菌の自殺。
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グーグル奨学生
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細菌の高度に多様な抗ファージ防御システム。
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ヒトのウイルソーム：アセンブリー、組成、宿主との相互作用。
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スコパス(210)
パブコメ
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グーグル奨学生
ベンラー S.
ユーティンN.
アンティポフD.
レイコ M.
シュマコフ S.
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ヒトの全腸内メタゲノムから発見された数千の未知のファージ。
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論文情報
出版履歴
出版 2023年12月13日
受理 受理：2023年11月16日
改訂版受理 2023年10月27日
受理：2023年10月27日 受理日：2023年9月8日
識別
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.11.015

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図1乳児のファージオームの複雑さは3歳までに母親と同程度になった。
図のサムネイルgr2
図2起源、未熟度、初期コロニー形成量、および集団の多様性は腸内におけるファージの持続性に影響する
図サムネイルgr3
図3ファージとその宿主と予想される細菌の共存性
図のサムネイルgr4
図4DGRとファージの持続性
表
表 13年間のサンプリング期間
表2ファージ配列データベースの比較
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