Кишечник каждого человека может иметь уникальный вирусный состав (виром)
Первая исчерпывающая база данных «виром» сообществ, или вирусов, живущих в нашем кишечнике, созданная в США, показывает, что они сильно различаются от человека к человеку. База данных предлагает новые возможности для выявления вирусов, которые потенциально могут играть роль в лечении устойчивых к антибиотикам бактериальных инфекций.
Известно, что бактерии, колонизирующие пищеварительную систему человека, оказывают сильное влияние на здоровье, но вирусы, сосуществующие вместе с ними, вероятно, будут не менее важны.
Согласно недавно созданной базе данных кишечных виромов (GVD) в Университете штата Огайо (OSU) в Колумбусе, 97,7% вирусов в нашем кишечнике являются бактериофагами, а это означает, что они используют бактерии в качестве хозяев для своей репликации.
Исследования показывают, что кишечник каждого человека может иметь уникальный виром состав, причем вирусное разнообразие особенно велико у младенцев
В начале 20 века ученые начали исследовать способность бактериофагов бороться с бактериальными инфекциями, но открытие антибиотиков в значительной степени вытеснило их работу.
Теперь, когда угроза устойчивости к антибиотикам растет, интерес к терапии бактериофагами возродился.
Ученые многое узнали о «бактериоме» — сообществе бактерий, обитающих в кишечнике, — но охарактеризовать виром им оказалось сложнее.
Бактерии имеют определенные общие генетические последовательности, что позволяет относительно легко идентифицировать их ДНК, но универсального маркера вирусов не существует.
Чтобы упростить изучение вирома, микробиологи из OSU решили создать базу данных, посвященную вирусам кишечника человека.
Уникальные вирусные популяции
Команда построила GVD, используя генетические данные 32 исследований, направленных на выявление кишечных вирусов у 1986 человек, живущих в 16 разных странах.
После обработки данных для учета широкого спектра различных методов, использованных в этих исследованиях, они выявили 33 242 «уникальных вирусных популяции», которые являются вирусным эквивалентом видов.
В среднем каждый вирусный метагеном — коллективный вирусный геном в образце из кишечника человека — содержал 542 вирусные популяции.
Ни одна вирусная популяция не присутствовала в каждом метагеноме. Фактически, исследователи обнаружили наиболее распространенную вирусную популяцию только в 39% метагеномов.
В своей новой исследовательской работе, опубликованной в журнале Cell Host & Microbe, они предполагают, что виром кишечника каждого человека очень персонализирован и, скорее всего, уникален.
Создание набора инструментов для использования фагов
Команда будет постоянно обновлять базу данных, чтобы предоставлять бесплатные ресурсы и другим исследователям.
«Мы установили надежную отправную точку, чтобы увидеть, как выглядит виром у людей», — говорит соавтор исследования Оливье Заблоки, научный сотрудник OSU.
«Если мы сможем охарактеризовать вирусы, которые поддерживают наше здоровье, мы сможем использовать эту информацию для разработки будущих методов лечения патогенов, которые невозможно лечить лекарствами».
Заглядывая в будущее, бактериофаги (или «фаги»), выделенные из кишечника здоровых людей, могут бороться с устойчивыми к антибиотикам бактериями. Они также могут помочь восстановить здоровый баланс микробных сообществ в кишечнике.
«Фаги являются частью обширной взаимосвязанной сети организмов, которые живут внутри нас и прямо на нас. И когда антибиотики широкого спектра действия используются для борьбы с нашей инфекцией, они также наносят вред и нашему естественному микробиому, включая фаги», — говорит старший автор исследования Мэтью Салливан.
«Мы создаем инструментарий, чтобы расширить наши знания и возможности использовать фаги для возвращения нарушенных микробиомов обратно в здоровое состояние», — добавляет он.
Изменения за всю жизнь
Используя новую базу данных, исследователи провели первое исследование изменений разнообразия кишечных вирусов на протяжении всей жизни человека.
Они обнаружили, что у западных людей с хорошим состоянием здоровья вирусное разнообразие было высоким у младенцев в возрасте до 3 лет, затем оно снизилось. Но через некоторое время оно повысилось, когда люди вступили во взрослую жизнь, а после 65 лет опять снизилось.
Авторы связывают богатое разнообразие вирусов в кишечнике младенцев с их слабой и недоразвитой иммунной системой. У младенцев также могут отсутствовать бактерии, которые обычно защищают слизистую оболочку кишечника от вирусной инфекции в более позднем возрасте.
Исследователи полагают, что их база данных станет важным инструментом для изучения того, как виром кишечника изменяется с течением времени, а также его влияния на уязвимость людей к определенным заболеваниям:
«Например, здесь мы использовали базу данных GVD, чтобы раскрыть возрастные закономерности разнообразия виромов у здоровых западных людей. Однако GVD может иметь гораздо более широкие перспективы, в том числе помочь лучше классифицировать микробиомы и виромы кишечника людей, чтобы определить, как они влияют на предрасположенность человека к таким заболеваниям, как COVID-19, к примеру», — сообщили авторы исследования.
Преимущества разнообразия
Интересно, что ученые обнаружили, что у людей, живущих в не западных странах, кишечные вирусные популяции более разнообразны, чем у жителей западной Европы и США.
Другое исследование показало, что жители не западных стран, которые переезжают в западные страны, теряют часть своего микробного разнообразия кишечника, что предполагает, что диета или другие факторы окружающей среды могут играть ключевую роль в формировании вирома.
Кроме того, база данных показала, что у людей с хорошим здоровьем вирусные популяции более разнообразны, чем у больных людей.
«Общее практическое правило здоровья состоит в том, что большее разнообразие вирома ведет к более здоровой экосистеме организма», — говорит первый автор Энн Грегори, которая работала над новой базой данных, когда была аспирантом OSU.
«Мы знаем, что большее разнообразие вирусов и микробов обычно связано с хорошим здоровьем. И мы увидели, что у более здоровых людей, как правило, более высокое разнообразие вирусов, что указывает на то, что эти вирусы могут потенциально делать что-то положительное и играть полезную роль для тела».
Авторы признают, что GVD имеет некоторые ограничения с точки зрения своего объема. Например, они пишут, что в нем пока недостаточно широко представлены различные географические регионы и этнические группы населения.
