Dešimtys tūkstančių virusų, aptiktų žmogaus išmatose, anksčiau mokslui nežinomi

Bakterijos ląstelės bakteriofagų elektroninė mikrografija. (Graham Beards / Wikipedia / CC BY-SA 3.0)

Šiandien paskelbtas tyrimas Gamtos mikrobiologija nustatė 54 118 rūšių virusas gyvenančių žmogaus žarnyne – iš kurių 92 procentai anksčiau buvo nežinomi.

Tačiau, kaip mes ir mūsų kolegos iš Jungtinio genomo instituto ir Stanfordo universiteto Kalifornijoje nustatėme, dauguma jų buvo bakteriofagai arba sutrumpintai „fagai“. Šie virusai „valgo“ bakterijas ir negali pulti žmogaus ląstelių.

Kai dauguma iš mūsų galvoja apie virusus, mes galvojame apie organizmus, kurie užkrečia mūsų ląsteles tokiomis ligomis kaip kiaulytė, tymai arba, neseniai, COVID-19 . Tačiau mūsų kūne – daugiausia mūsų žarnyne – yra daugybė šių mikroskopinių parazitų, kurie nusitaiko į ten gyvenančius mikrobus.



Visi kaka (bet ne visi kakai yra vienodi)

Pastaruoju metu sulaukta didelio susidomėjimo žmogaus žarnyno mikrobiomas : mikroorganizmų, gyvenančių mūsų žarnyne, rinkinys.

Šie mikrobai ne tik padeda virškinti maistą, bet ir atlieka daug kitų svarbių vaidmenų. Jie apsaugo mus nuo patogeninių bakterijų, moduliuoja mūsų psichinę gerovę, sustiprina mūsų imuninę sistemą, kai esame vaikai, ir atlieka nuolatinį imuninės sistemos reguliavimo vaidmenį suaugus.

Galima sakyti, kad žmogaus žarnynas dabar yra labiausiai ištirta mikrobų ekosistema planetoje. Dar daugiau nei 70 procentų ten gyvenančių mikrobų rūšių dar turi būti auginami laboratorijoje.

Mes tai žinome, nes galime pasiekti genetinius žarnyno mikrobiomo brėžinius naudodami metodą, žinomą kaip metagenomika . Tai galingas metodas, kai DNR yra tiesiogiai išgaunama iš aplinkos ir atsitiktinai suskirstoma seka, suteikiant mums momentinį vaizdą apie tai, kas yra viduje ir ką ji gali daryti.

Metagenominiai tyrimai atskleidė, kiek dar turime nueiti, kad kataloguotų ir atskirtume visas žmogaus žarnyne esančias mikrobų rūšis, o kai kalbama apie virusus – dar toliau.

11 810 išmatų pavyzdžių

Savo naujame tyrime mes ir mūsų kolegos skaičiavimo būdu išgavome virusų sekas iš 11 810 viešai prieinamų išmatų metagenomų, paimtų iš žmonių iš 24 skirtingų šalių. Norėjome sužinoti, kokiu mastu virusai apsigyveno žmogaus žarnyne.

Šios pastangos lėmė Metagenomic Gut Virus katalogą, didžiausią iki šiol tokį šaltinį. Šiame kataloge yra 189 680 virusų genomų, kurie atstovauja daugiau nei 50 000 skirtingų virusų rūšių.

Stebėtina (bet galbūt nuspėjama), kad daugiau nei 90 procentų šių virusų rūšių yra naujos mokslui. Jie kartu koduoja daugiau nei 450 000 skirtingų baltymų – didžiulį funkcinio potencialo rezervuarą, kuris gali būti naudingas arba žalingas jų mikrobų, o savo ruožtu, žmogaus šeimininkams.

Mes taip pat išnagrinėjome skirtingų virusų porūšius ir nustatėme, kad kai kurie iš jų geografiškai stulbino 24 tirtose šalyse.

Pavyzdžiui, neseniai aprašyto ir mįslingo porūšio mėšlungis buvo paplitęs Azijoje, tačiau Europos ir Šiaurės Amerikos mėginiuose buvo retas arba jo nebuvo. Tai gali būti dėl vietinio šio viruso išplitimo tam tikrose žmonių populiacijose.

Viena iš labiausiai paplitusių funkcijų, kurias atradome savo molekulinėje kelionėje, buvo įvairovę generuojantys retroelementai (DGR). Tai yra genetinių elementų klasė, kuri mutuoja specifinius tikslinius genus, kad sukurtų variaciją, kuri gali būti naudinga šeimininkui. Virusų DGR atveju tai gali padėti vykstančiose evoliucinėse ginklavimosi varžybose su jų bakterijų šeimininkais.

Įdomu tai, kad mes nustatėme, kad trečdalis labiausiai paplitusių viruso koduojamų baltymų turi nežinomų funkcijų, įskaitant daugiau nei 11 000 genų, toli susijusių su „beta-laktamazėmis“, kurie įgalina atsparumą antibiotikams, tokiems kaip penicilinas.

Žarnyno virusų susiejimas su jų mikrobų šeimininkais

Nustačius fagus, kita mūsų užduotis buvo susieti juos su jų mikrobų šeimininkais. CRISPR , geriausiai žinomos dėl daugybės pritaikymų genų redagavimui, yra bakterinė imuninė sistema, kuri „prisimena“ praeityje buvusias virusines infekcijas ir neleidžia joms pasikartoti.

Jie tai daro kopijuodami ir išsaugodami įsiveržusio viruso fragmentus į savo genomus, kurie vėliau gali būti naudojami konkrečiai virusui nukreipti ir sunaikinti ateityje.

Mes panaudojome šį praeities atakų įrašą, kad susietume daugelį virusų sekų su jų šeimininkais žarnyno ekosistemoje. Nenuostabu, kad labai gausios virusinės rūšys buvo susietos su labai gausiomis žarnyno bakterijų rūšimis, daugiausia priklausančiomis Firmicutes ir Bacteroidota bakterijų rūšims.

Taigi, ką galime daryti su visa šia nauja informacija? Vienas iš perspektyvių žarnyno virusų ir jų šeimininkų sąrašo taikymo būdų yra fagų terapija. Fago terapija yra sena koncepcija, sukurta anksčiau nei antibiotikai, kai virusai yra naudojami selektyviai nukreipti į bakterinius patogenus, kad būtų galima gydyti infekcijas.

Ten buvo diskusija galimas žmonių žarnyno mikrobiomų pritaikymas, naudojant dietines intervencijas, probiotikus, prebiotikus ar net persodinimus (išmatų mikrobiotos transplantacijas), siekiant pagerinti asmens sveikatą.

Fagų terapija gali būti naudingas šio tikslo papildymas, nes manipuliuojant mikrobiomu galima atlikti rūšių ar net porūšių tikslumą. Pavyzdžiui, bakterinis patogenas Clostridioides difficile (arba sutrumpintai Cdiff) yra pagrindinė ligoninėje įgyto viduriavimo priežastis, kuri gali būti konkrečiai nukreipta fagais.

Subtilesnis manipuliavimas nepatogeniškomis bakterijų populiacijomis žarnyne gali būti pasiekiamas taikant fagų terapiją. Išsamus žarnyno virusų rinkinys yra naudingas pirmasis žingsnis siekiant tokių taikomų tikslų.

Tačiau verta paminėti, kad mūsų duomenų prognozės rodo, kad ištyrėme tik dalį visos žarnyno virusų įvairovės. Taigi mes dar turime daug nuveikti.

Filipas Hugenholcas , Chemijos ir molekulinių biomokslų mokyklos mikrobiologijos profesorius, Kvinslando universitetas ir Soo Jen Low , mokslinis bendradarbis po doktorantūros Kvinslando universitetas .

Šis straipsnis perspausdintas iš Pokalbis pagal Creative Commons licenciją. Skaityti originalus straipsnis .

Apie Mus

Nepriklausomų, Patikrintų Sveikatos, Erdvės, Gamtos, Technologijos Ir Aplinkos Ataskaitų Paskelbimas.