Хотя роль «хороших» вирусов в здоровье человека все еще относительно загадочна, мы постепенно осознаем важность наших маленьких помощников. В этой специальной статье мы представляем заброшенный участок микробиома — вирому.
Роль бактерий и нашего микробиома в здоровье и заболевании находится на первом плане медицинских исследований.
Мы далеки от ответа на многие вопросы, поставленные недавними открытиями, но сейчас твердо установлено, что без нашего личного парка «дружественных» микроорганизмов — нашего микробиома — мы бы не процветали.
Медицинская наука, однако, не стоит на месте; ее глаза всегда устремлены на горизонт, напрягаясь, чтобы описать форму вещей, спрятанных на дальнем расстоянии.
В то время как мы изо всех сил пытаемся распутать почти невыносимо сложные взаимодействия между бактериями и здоровьем, следующая задача уже ждет своего часа: роль вирома.
Что такое виром?
Когда мы слышим слово «микробиом», мы сразу же думаем о бактериях, но технически микробиом — это сумма всех микроорганизмов в конкретной среде. Некоторые ученые используют этот термин для обозначения суммы генетического материала этих микроорганизмов.
Таким образом, помимо бактерий, в число микробиом также входят вирусы (виром) и грибы (микобиом), а также другие посетители. На сегодняшний день ученые уделяют сравнительно мало внимания вироме или микобиому.
Вирусы расположили себя как дома в различных экологических нишах человеческого тела, особенно на поверхностях слизистой оболочки, таких как внутренности носа и рта, а также слизистая оболочка кишечника.
В этой статье мы сконцентрируемся на вироме кишки, потому что он содержит наибольшее количество вирусных обитателей и был исследован больше всего.
Конечно, вирусы наиболее известны тем, что вызывают заболевания, такие как оспа, гепатит, ВИЧ и бешенство. Из-за неотложности, связанной с вирусными заболеваниями, этот аспект занял львиную долю времени исследователей. Однако многие вирусы не имеют ни малейшего интереса к клеткам человека.
Представляем бактериофагов
Ученые считают виром «самой большой, самой разнообразной и самой динамичной частью микробиома», и большинство вирусов в наших кишках — это бактериофаги. Везде, где есть бактерии, есть в изобилии бактериофаги.
Как объясняют другие исследователи: «Фаги — самые распространенные формы жизни на Земле, они практически вездесущи. Некоторые источники пресной воды могут содержать до 10 миллиардов фагов».
Бактериофаги заражают бактерии, управляют клеточными машинами и используют их для размножения своего генетического материала.
Сейчас совершенно очевидно, что кишечные бактерии влияют на здоровье и болезни, поэтому неудивительно, что вирусы, которые заражают кишечные бактерии, также могут оказывать существенное влияние.
Фаговая терапия
С 1920-х по 1950-е годы ученые исследовали, могут ли бактериофаги использоваться для лечения бактериальных инфекций. В конце концов, эти вирусы способны уничтожить человеческие патогены.
Ученые обнаружили, что фаговая терапия была эффективной и, что важно, без побочных эффектов.
Когда были обнаружены антибиотики, фаговая терапия отошла на второй план. Антибиотики можно было производить с относительной легкостью, и они убивали широкий спектр видов бактерий.
Однако, с сегодняшними высокотехнологичными возможностями и пугающим фоном устойчивости к антибиотикам, интерес к фаговой терапии может возродиться.
Одним из факторов, который делает фаготерапию привлекательной, является ее специфичность. Часто антибиотики уничтожают широкий спектр видов бактерий. Теперь, когда мы знаем, что в кишечнике живут «хорошие» бактерии, ясно, что этот процесс не идеален.
Бактериофаги, тем временем, предназначаются только для узкого диапазона штаммов в пределах тех же самых бактериальных разновидностей.
Кроме того, они размножаются, только если их целевые бактерии находятся в локальной области. Взятые вместе, это означает, что они атакуют только желаемую бактерию и продолжают размножаться, пока не уничтожат инфекцию.
Друзья на всю жизнь
Бактериофаги присоединяются к человеческому путешествию на ранней стадии. В одном исследовании изучался меконий — первая какашка новорожденного — и не было обнаружено признаков вирусов.
Однако всего через 1 неделю после рождения каждый грамм детской какашки содержал около 100 миллионов вирусных частиц, большинство из которых были бактериофагами. Наш виром – это действительно пожизненный компаньон.
У каждого человека есть отдельный набор бактериофагов, который в совокупности называется фагомой. Люди, у которых примерно одинаковая диета, имеют больше сходства, но в целом фагом каждого индивидуума сильно различается.
От симбиоза к дисбактериозу
Бактериофаги, как уже упоминалось, уничтожают бактерии. Однако в некоторых ситуациях бактериофаги могут приносить пользу популяциям бактерий.
В кишечнике бактериофаги преимущественно существуют в виде профагов. На этой стадии их генетический код включается в геном бактерии, готовый производить бактериофаги, если он активирован.
На данный момент в их жизни бактериофаг не вреден для бактерии — они существуют в симбиозе.
Поскольку бактерии могут обмениваться генетическим материалом друг с другом, генетический код профагов также может передаваться между отдельными бактериями.
Они могут обмениваться «генами, связанными с устойчивостью к антибиотикам, вирулентностью или метаболическими путями между различными видами бактерий». Это может принести пользу некоторым бактериальным видам, потенциально позволяя им расширить свою нишу. Однако рост может происходить за счет других колоний бактерий в кишечнике.
«Профаги симбиотичны по отношению к своим бактериям-хозяевам, а эти бактерии симбиотичны для нашего организма. Следовательно, фаги могут косвенно приносить пользу многоклеточному организму, такому как человек, за пределами того, что непосредственно испытывают их бактериальные клетки-хозяева».
Когда активируются профаги — например, во время стресса или если бактерия-хозяин находится в опасности — они могут вызвать широкомасштабные изменения в микробном сообществе кишечника.
Переход от безобидного профага к так называемому литическому фагу может уничтожить сообщества бактерий, потенциально предоставляя «плохим» бактериям некоторое пространство для дыхания и позволяя им заполнить пустоту.
Это называется перетасовкой сообщества и может привести к дисбактериозу — микробному дисбалансу.
От дисбактериоза до диагностики
Дисбактериоз связан с целым рядом состояний, включая воспалительные заболевания кишечника, синдром хронической усталости, ожирение, инфекцию Clostridium difficile (C. diff) и колит. Тем не менее, исследователи до сих пор не уверены в роли бактериофагов в этих условиях.
В этих случаях дисбактериоз может возникать через другие механизмы. С другой стороны, это может быть симптомом условий, а не причиной.
Исследователи наблюдали изменения в кишечных бактериях при неожиданно разнообразных заболеваниях, включая диабет 2 типа, шизофрению, депрессию, беспокойство, болезнь Паркинсона и многие другие.
Поскольку количество бактериофагов превышает количество бактерий в наших кишках и полагается на то, что они размножаются, они должны быть подвержены любым изменениям или участвовать в них.
Бактериофаги, возможно, не вызывают изменения в кишечнике — изменения, которые, надо добавить, могут не быть причиной заболевания. Вместо этого популяции бактериофагов могут просто пассивно изменяться в кишечных бактериях.
Важны ли приливы и отливы сообществ бактериофагов для здоровья и болезни, будет сложно исследовать. Но даже если это не имеет решающего значения в патологии заболевания, выявление этих колебаний может иметь и другие преимущества.
Например, есть возможность использовать вирому в качестве диагностического маркера. Например, ученые выявили специфические для заболевания изменения в кишечнике у людей с воспалительным заболеванием, которое, как известно, трудно диагностировать.
Беда с вирусами
Изучать бактерии далеко не просто; в конце концов, они невероятно маленькие. Бактерии, как правило, имеют размер 0,4–10 микрометров. Чтобы обеспечить некоторый контекст: 10 микрометров — это только одна сотая миллиметра или четыре десятитысячных дюйма.
Вирусы, однако, еще меньше, всего 0,02–0,4 микрометра в поперечнике.
Помимо трудностей, присущих работе в таких крошечных масштабах, вирусы создают другие проблемы.
Если ученые хотят понять, какие виды бактерий присутствуют в любой популяции, они извлекают генетическую информацию.
Исходя из этого, они изолируют определенные фрагменты кода и сопоставляют их с существующими базами данных; чаще всего они используют ген 16S рРНК. Этот конкретный ген можно найти почти во всех видах бактерий, и с течением времени он оставался относительно неизменным.
Однако некоторые области 16S РНК считаются гипервариабельными. Различия между этими регионами позволяют исследователям идентифицировать виды.
Вирусы, с другой стороны, не разделяют никакие эквивалентные гены среди видов. Это до относительно недавнего времени делало изучение вирома почти невозможным, но прогресс в секвенировании следующего поколения медленно разрушает барьеры.
На данном этапе роль вирусов в здоровье человека далеко не так очевидна, как их роль в заболевании.
С учетом сказанного также весьма вероятно, что вирусы играют существенную роль в поддержании здоровья организма. Только с прогрессом в методах исследования будет понятно их полное влияние.
Учитывая непосредственную обеспокоенность устойчивостью к антибиотикам, возможно, возобновившийся интерес к бактериофагу, мы увидим больше времени, посвященного этому загадочному элементу медицинской науки.
Тем не менее, понимание взаимодействия между компонентами нашего микробиома будет с трудом завоеванной информацией; как объясняется в одной статье:
«Состав кишечного микробиома неодинаков на нескольких этапах жизни или даже в часы одного дня».
Это обязательно будет долгая битва.
