Як „хороші” віруси можуть впливати на здоров’я

Хоча роль «хороших» вірусів у здоров’ї людини досі відносно загадкова, ми повільно розкриваємо важливість наших вірусних відвідувачів. У цій особливій характеристиці ми вводимо занедбаний розділ мікробіома - віром.

Ілюстрація бактеріофагів, що заражають бактерію.

Щоб отримати додаткову інформацію про мікробіом та як він впливає на ваше здоров’я, відвідайте наш спеціальний центр.

Роль бактерій та нашого мікробіома у здоров’ї та хворобах знаходиться на передньому краї медичних досліджень.

Ми ще далеко від відповіді на безліч питань, поставлених нещодавніми висновками, але зараз твердо встановлено, що без нашого особистого парку "дружніх" мікроорганізмів - нашого мікробіома - ми б не процвітали.

Однак медична наука не сидить на місці; його очі завжди прикуті до горизонту, напружуючись, щоб описати форму речей, захованих на далекій відстані.

Поки ми намагаємося розібрати майже нестерпно складну взаємодію між бактеріями та здоров’ям, наступна проблема вже чекає в крилах: роль вірома.

Що таке virome?

Коли ми чуємо слово «мікробіом», ми відразу згадуємо про бактерії, але технічно мікробіом - це сума всіх мікроорганізмів у певному середовищі. Деякі вчені використовують цей термін для позначення суми генетичного матеріалу цих мікроорганізмів.

Отже, крім бактерій, мікробіом серед інших відвідувачів також включає віруси (віром) та гриби (мікобіом). На сьогоднішній день вчені приділяли порівняно мало уваги віруму або мікобіому.

Віруси влаштували себе вдома в цілому ряді екологічних ніш в організмі людини, особливо на поверхнях слизової, таких як внутрішня частина носа і рота та оболонка кишечника.

У цій характеристиці ми зосередимося на віроме кишечника, оскільки в ньому розміщується найбільша кількість вірусних мешканців, і його досліджували найбільше.

Звичайно, віруси найбільш відомі тим, що викликають такі захворювання, як віспа, гепатит, ВІЛ та сказ. Через актуальність, пов’язану з вірусними захворюваннями, цей аспект зайняв левову частку часу дослідників. Однак багато вірусів не мають ані найменшого інтересу до клітин людини.

Представляємо бактеріофаг

Вчені вважають віром «найбільшою, найрізноманітнішою та найдинамічнішою частиною мікробіому», а більшість вірусів у наших кишках - це бактеріофаги. Скрізь, де є бактерії, бактеріофагів вдосталь.

Як пояснюють інші дослідники: «Фаги - це найпоширеніші форми життя на Землі, які є практично всюдисущими. […] Деякі джерела прісної води можуть містити до 10 мільярдів на [мілілітр] ".

Бактеріофаги заражають бактерії, керують їх клітинними механізмами та використовують їх для реплікації свого генетичного матеріалу.

Зараз абсолютно зрозуміло, що кишкові бактерії впливають на здоров’я та хвороби, тому не дивно, що віруси, які інфікують кишкові бактерії, можуть також мати значний вплив.

Фаготерапія

З 1920-х до 1950-х років вчені досліджували, чи можна використовувати бактеріофаги для лікування бактеріальних інфекцій. Зрештою, ці віруси вміють знищувати людські патогени.

Вчені виявили, що фаготерапія була одночасно ефективною і, що важливо, не мала побічних ефектів.

Коли були виявлені антибіотики, фаготерапія відійшла на другий план. Антибіотики можна було виробляти з відносною легкістю, і вони вбивали широкий спектр видів бактерій.

Однак, завдяки сучасним високотехнологічним можливостям та страшному тлі стійкості до антибіотиків, інтерес до фагової терапії може поновитись.

Одним із факторів, що робить фаготерапію привабливою, є її специфічність. Часто антибіотики знищують широкий спектр видів бактерій. Тепер, коли ми знаємо, що в кишечнику живуть «хороші» бактерії, стає зрозуміло, що це не ідеально.

Тим часом бактеріофаги націлені лише на вузький спектр штамів у межах одного виду бактерій.

Крім того, вони розмножуються лише в тому випадку, якщо їх цільові бактерії знаходяться в місцевості. У сукупності це означає, що вони атакують лише потрібну бактерію і продовжують розмножуватися, поки не знищують інфекцію.

Друзі на все життя

Бактеріофаги приєднуються до подорожі людини на ранній стадії. В одному дослідженні було досліджено меконій - перший корм новонародженого - і не виявлено доказів вірусів.

Однак лише через 1 тиждень після народження кожен грам дитячого корму містив близько 100 мільйонів частинок вірусу, більшість з яких були бактеріофагами. Наш virome справді є супутником протягом усього життя.

У кожної людини є окремий вибір бактеріофагів, який в сукупності називають фагеомом. Люди, які мають приблизно однакову дієту, мають більше спільних рис, але в цілому фагей кожної людини різко змінюється.

Від симбіозу до дисбіозу

Як згадувалося, бактеріофаги знищують бактерії. Однак у деяких ситуаціях бактеріофаги можуть принести користь популяціям бактерій.

У кишечнику бактеріофаги переважно існують як профаги. На цій стадії їх генетичний код включається в геном бактерії, готовий продукувати бактеріофаги, якщо їх активувати.

На даний момент їхнього життя бактеріофаг не є шкідливим для бактерії - вони існують у симбіозі.

Оскільки бактерії можуть обмінюватися генетичним матеріалом між собою, генетичний код профагів також може передаватися між окремими бактеріями.

Вони можуть обмінюватися "генами, пов'язаними з стійкістю до антибіотиків, вірулентністю або метаболічними шляхами між різними видами бактерій". Це може принести користь деяким видам бактерій, що потенційно дозволить їм розширити свою нішу. Однак зростання може відбуватися за рахунок інших колоній бактерій в кишечнику.

«Профаги симбіотичні до своїх бактерій-господарів, і ці бактерії симбіотичні до нашого організму. Отже, фаги можуть опосередковано надавати користь багатоклітинному організму, як [людині], за межі того, що негайно відчувають бактеріальні клітини-господарі ».

Як тільки профаги активуються, щоб активізуватися - наприклад, під час стресу або якщо бактерія-хазяїн знаходиться в небезпеці - вони можуть спричинити широкомасштабні зміни в мікробному співтоваристві кишечника.

Перехід від нешкідливого профага до так званого літичного фага може знищити спільноти бактерій, потенційно надаючи “поганим” бактеріям деякий простір для дихання і дозволяючи їм заповнювати порожнечу.

Це називається перетасовкою спільнот і може призвести до дисбіозу - мікробного дисбалансу.

Від дисбіозу до діагностики

Дисбіоз асоціюється з низкою станів, включаючи запальні захворювання кишечника, синдром хронічної втоми, ожиріння, Clostridium difficile (C. диф) інфекція та коліт. Однак дослідники досі не впевнені у ролі бактеріофагів у цих умовах.

У цих випадках дисбактеріоз може виникати за допомогою інших механізмів. Крім того, це може бути симптомом стану, а не причини.

Дослідники спостерігали зміни в кишкових бактеріях при дивно різноманітному діапазоні захворювань, включаючи діабет 2 типу, шизофренію, депресію, тривогу, хворобу Паркінсона та багато інших.

Оскільки бактеріофаги перевищують кількість бактерій у наших кишках і покладаються на них для реплікації, вони повинні або зазнавати впливу, або брати участь у будь-яких коливаннях.

Бактеріофаги можуть не спричиняти змін у кишечнику - зміни, які, треба додати, можуть не спричинити захворювання. Натомість популяції бактеріофагів можуть просто пасивно змінюватися внаслідок змін в кишкових бактеріях.

Чи важливі припливи та відпливи спільнот бактеріофагів для здоров’я та хвороб, буде складно дослідити. Але навіть якщо це не є ключовим у патології захворювання, виявлення цих коливань може мати інші переваги.

Як приклад, існує можливість використання вірому як діагностичного маркера. Наприклад, вчені виявили специфічні для захворювання зміни вирому кишечника у людей із запальними захворюваннями кишечника, що є загальновідомо важким станом для діагностики.

Проблема з вірусами

Вивчення бактерій далеко не просто; зрештою, вони неймовірно малі. Бактерії мають загальну довжину 0,4–10 мікрометрів. Щоб надати якийсь контекст: 10 мікрометрів - це лише одна сота міліметра або чотири десятитисячні дюйма.

Однак віруси мають ще менший розмір - всього 0,02–0,4 мікрометра в поперечнику.

Окрім труднощів, притаманних роботі в такому крихітному масштабі, віруси створюють і інші проблеми.

Якщо вчені хочуть зрозуміти, які види бактерій присутні в тій чи іншій популяції, вони отримують генетичну інформацію.

З цього вони виділяють конкретні ділянки коду та узгоджують їх із існуючими базами даних; найчастіше вони використовують ген 16S рРНК. Цей конкретний ген можна знайти майже у всіх видів бактерій, і протягом еволюційного періоду він залишався відносно незмінним.

Однак деякі регіони 16S РНК вважаються гіпервариабельними. Відмінності між цими регіонами дозволяють дослідникам ідентифікувати види.

З іншого боку, віруси не поділяють жодних еквівалентних генів серед видів. Це, порівняно недавно, робило вивчення вірому майже неможливим, але досягнення у послідовності наступного покоління повільно збивають бар'єри.

На цьому етапі роль вірусів у здоров’ї людини далеко не така однозначна, як їх роль у хворобах.

З огляду на це, також видається дуже ймовірним, що віруси відіграють важливу роль у підтримці здорового організму. Тільки завдяки досягненню дослідницьких методів можна буде зрозуміти їх повний вплив.

Враховуючи негайне занепокоєння щодо стійкості до антибіотиків, можливо, відновлення інтересу до бактеріофага побачить більше часу, присвяченого цьому загадковому елементу медичної науки.

Проте розуміння взаємодії між компонентами нашого мікробіому буде важко здобутою інформацією; як пояснюється в одному документі:

"Склад мікробіома кишечника неоднаковий протягом декількох етапів життя або навіть протягом годин одного дня".

Це обов’язково буде довга битва.