Desiatky tisíc vírusov nájdených v ľudskom hovienku doteraz veda nepoznala

Elektrónová mikrofotografia bakteriofágov na bakteriálnej bunke. (Graham Beards/Wikipedia/CC BY-SA 3.0)

Výskum zverejnený dnes v Mikrobiológia prírody identifikovala 54 118 druhov vírus žijúcich v ľudskom čreve – 92 percent z nich bolo predtým neznámych.

Ale ako sme zistili my a naši kolegovia z Joint Genome Institute a Stanfordskej univerzity v Kalifornii, veľká väčšina z nich boli bakteriofágy alebo v skratke „fágy“. Títo vírusy 'jesť' baktérie a nemôže napadnúť ľudské bunky.

Keď väčšina z nás pomyslí na vírusy, predstaví si organizmy, ktoré infikujú naše bunky chorobami, ako sú mumps, osýpky alebo v poslednom čase napr. COVID-19 . V našom tele – väčšinou v črevách – je však obrovské množstvo týchto mikroskopických parazitov, ktoré sa zameriavajú na mikróby, ktoré tam žijú.



Každý kaká (ale nie všetky kaká sú rovnaké)

V poslednej dobe je veľký záujem o ľudský črevný mikrobióm : zbierka mikroorganizmov, ktoré žijú v našich črevách.

Okrem toho, že nám pomáhajú tráviť jedlo, tieto mikróby majú mnoho ďalších dôležitých úloh. Chránia nás pred patogénnymi baktériami, modulujú našu duševnú pohodu, aktivujú náš imunitný systém, keď sme deti, a majú pokračujúcu úlohu v regulácii imunity až do dospelosti.

Je spravodlivé povedať, že ľudské črevo je teraz najlepšie preštudovaným mikrobiálnym ekosystémom na planéte. Ešte viac ako 70 percento mikrobiálnych druhov, ktoré tam žijú, sa ešte musí vypestovať v laboratóriu.

Vieme to, pretože máme prístup ku genetickým plánom črevného mikrobiómu prostredníctvom prístupu známeho ako metagenomika . Ide o výkonnú techniku, pri ktorej je DNA priamo extrahovaná z prostredia a náhodne sekvenovaná, čo nám poskytuje snímku toho, čo je v nej prítomné a čo môže robiť.

Metagenomické štúdie odhalili, ako ďaleko ešte musíme zájsť, aby sme katalogizovali a izolovali všetky mikrobiálne druhy v ľudskom čreve – a ešte ďalej, pokiaľ ide o vírusy.

11 810 vzoriek výkalov

V našom novom výskume sme my a naši kolegovia výpočtovo vyťažili vírusové sekvencie z 11 810 verejne dostupných fekálnych metagenómov získaných od ľudí v 24 rôznych krajinách. Chceli sme získať predstavu o tom, do akej miery sa vírusy usadili v ľudskom čreve.

Výsledkom tohto úsilia bol katalóg Metagenomic Gut Virus, ktorý je doteraz najväčším takýmto zdrojom. Tento katalóg obsahuje 189 680 vírusových genómov, ktoré predstavujú viac ako 50 000 odlišných vírusových druhov.

Je pozoruhodné (ale možno predvídateľné), že viac ako 90 percent týchto vírusových druhov je pre vedu nových. Spoločne kódujú viac ako 450 000 rôznych proteínov - obrovský rezervoár funkčného potenciálu, ktorý môže byť prospešný alebo škodlivý pre ich mikrobiálnych a následne aj ľudských hostiteľov.

Preskúmali sme tiež poddruhy rôznych vírusov a zistili sme, že niektoré vykazujú pozoruhodné geografické vzorce v 24 skúmaných krajinách.

Napríklad poddruh nedávno opísaného a záhadného crAsphage prevládal v Ázii, ale bol vzácny alebo chýbal vo vzorkách z Európy a Severnej Ameriky. Môže to byť spôsobené lokalizovanou expanziou tohto vírusu v špecifických ľudských populáciách.

Jednou z najbežnejších funkcií, ktoré sme objavili pri našej molekulárnej terénnej exkurzii, boli retroelementy generujúce diverzitu (DGR). Ide o triedu genetických prvkov, ktoré mutujú špecifické cieľové gény, aby sa vytvorili variácie, ktoré môžu byť prospešné pre hostiteľa. V prípade DGR vo vírusoch to môže pomôcť v prebiehajúcich evolučných pretekoch v zbrojení s ich bakteriálnymi hostiteľmi.

Je zaujímavé, že jedna tretina najbežnejších vírusovo kódovaných proteínov má neznáme funkcie, vrátane viac ako 11 000 génov vzdialene súvisiacich s „beta-laktamázami“, ktoré umožňujú rezistenciu voči antibiotikám, ako je penicilín.

Spojenie črevných vírusov s ich mikrobiálnymi hostiteľmi

Po identifikácii fágov bolo našou ďalšou úlohou spojiť ich s ich mikrobiálnymi hostiteľmi. CRISPR , najznámejšie pre svoje mnohé aplikácie pri úprave génov, sú bakteriálne imunitné systémy, ktoré si „pamätajú“ minulé vírusové infekcie a zabraňujú ich opätovnému výskytu.

Robia to tak, že skopírujú a uložia fragmenty invázneho vírusu do svojich vlastných genómov, ktoré potom môžu byť použité na špecifické zameranie a zničenie vírusu v budúcich stretnutiach.

Tento záznam minulých útokov sme použili na prepojenie mnohých vírusových sekvencií s ich hostiteľmi v črevnom ekosystéme. Nie je prekvapením, že vysoko početné vírusové druhy boli spojené s vysoko početnými bakteriálnymi druhmi v čreve, väčšinou patriacimi do bakteriálnych kmeňov Firmicutes a Bacteroidota.

Čo teda môžeme robiť so všetkými týmito novými informáciami? Jednou sľubnou aplikáciou inventára črevných vírusov a ich hostiteľov je fágová terapia. Fágová terapia je starý koncept pred antibiotikami, v ktorom sa vírusy používajú na selektívne zameranie sa na bakteriálne patogény s cieľom liečiť infekcie.

Bolo tam diskusia potenciálneho prispôsobenia črevných mikrobiómov ľudí pomocou diétnych zásahov, probiotík, prebiotík alebo dokonca „transpoózií“ (transplantácie fekálnej mikrobioty), aby sa zlepšil zdravotný stav jednotlivca.

Fágová terapia môže byť užitočným doplnkom k tomuto cieľu pridaním presnosti na úrovni druhu alebo dokonca poddruhu k manipulácii s mikrobiómom. Napríklad bakteriálny patogén Clostridioides difficile (alebo skrátene Cdiff) je hlavnou príčinou hnačky získanej v nemocnici, ktorá by mohla byť špecificky zameraná fágmi.

Jemnejšia manipulácia s nepatogénnymi bakteriálnymi populáciami v čreve sa dá dosiahnuť pomocou fágovej terapie. Kompletný prehľad črevných vírusov je užitočným prvým krokom pre takéto aplikované ciele.

Stojí však za zmienku, že projekcie z našich údajov naznačujú, že sme skúmali iba zlomok celkovej diverzity črevných vírusov. Čaká nás teda ešte dlhá cesta.

Filip Hugenholtz , profesor mikrobiológie, Škola chémie a molekulárnych biovied, Univerzita v Queenslande a Soo Jen Low , postdoktorandský výskumný pracovník, Univerzita v Queenslande .

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.