Как "хорошие" вирусы могут влиять на здоровье
Хотя роль «хороших» вирусов в здоровье человека все еще остается относительно загадочной, мы постепенно осознаем важность наших вирусных посетителей. В этой особой функции мы представляем забытую часть микробиома - виром.
Иллюстрация бактериофагов, заражающих бактерии.
Для получения дополнительной подтвержденной исследованиями информации о микробиоме и его влиянии на ваше здоровье посетите наш специализированный центр.
Роль бактерий и нашего микробиома в здоровье и болезнях находится на переднем крае медицинских исследований.
Мы далеки от ответа на многие вопросы, поставленные недавними открытиями, но теперь твердо установлено, что без нашего личного флота «дружественных» микроорганизмов - нашего микробиома - мы не смогли бы процветать.
Медицинская наука, однако, не сидит на корточках; его глаза всегда устремлены к горизонту, стараясь описать формы вещей, скрытых вдали.
Пока мы изо всех сил пытаемся распознать почти невыносимо сложные взаимодействия между бактериями и здоровьем, следующая проблема 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 определенной среде. Некоторые ученые используют этот термин для обозначения совокупности генетического материала этих микроорганизмов.
Таким образом, помимо бактерий, микробиом также включает вирусы (виром) и грибы (микобиом) среди других посетителей. На сегодняшний день ученые уделяют сравнительно мало внимания вирому или микобиому.
Вирусы обосновались в различных экологических нишах человеческого тела, особенно на поверхностях слизистых оболочек, таких как внутренняя часть носа и рта, а также слизистая оболочка кишечника.
В этой статье мы сконцентрируемся на кишечном вироме, потому что он является хозяином наибольшего числа вирусных агентов и наиболее изучен.
Конечно, вирусы наиболее известны тем, что вызывают такие заболевания, как оспа, гепатит, ВИЧ и бешенство. Из-за безотлагательности, связанной с вирусными заболеваниями, этот аспект отнял львиную долю времени исследователей. Однако многие вирусы не проявляют ни малейшего интереса к клеткам человека.
Представляем бактериофаг
Ученые считают виром «самой большой, самой разнообразной и самой динамичной частью микробиома», а большинство вирусов в нашем кишечнике - бактериофаги. Везде, где есть бактерии, в изобилии встречаются бактериофаги.
Как объясняют другие исследователи: «Фаги - самые распространенные формы жизни на Земле, которые практически вездесущи. […] Некоторые источники пресной воды могут содержать до 10 миллиардов на [миллилитр] ».
Бактериофаги заражают бактерии, завладевают их клеточными механизмами и используют их для репликации своего генетического материала.
Теперь совершенно очевидно, что кишечные бактерии влияют на здоровье и болезни, поэтому неудивительно, что вирусы, заражающие кишечные бактерии, также могут иметь значительное влияние.
Фаговая терапия
С 1920-х по 1950-е годы ученые исследовали, можно ли использовать бактериофаги для лечения бактериальных инфекций. В конце концов, эти вирусы умеют уничтожать патогены человека.
Ученые обнаружили, что фаговая терапия была эффективной и, что немаловажно, лишена побочных эффектов.
Когда были открыты антибиотики, фаготерапия отошла на второй план. Антибиотики можно было производить относительно легко, и они убили широкий спектр видов бактерий.
Однако с учетом сегодняшних возможностей высоких технологий и устрашающего фона устойчивости к антибиотикам интерес к фаговой терапии может возродиться.
Одним из факторов, делающих фаготерапию привлекательной, является ее специфичность. Часто антибиотики уничтожают широкий спектр видов бактерий. Однако теперь, когда мы знаем, что в кишечнике живут «хорошие» бактерии, становится ясно, что это не идеально.
Между тем, бактериофаги нацелены только на узкий круг штаммов одного и того же вида бактерий.
Кроме того, они размножаются только в том случае, если их целевые бактерии находятся поблизости. В совокупности 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 - первые фекалии новорожденных - и не было обнаружено никаких доказательств наличия вирусов.
Однако всего через 1 неделю после рождения каждый грамм фекалий ребенка содержал около 100 миллионов вирусных частиц, большинство из которых были бактериофагами. Наш виром действительно спутник на всю жизнь.
У каждого человека есть свой набор бактериофагов, которые вместе называются фагеом. Люди, соблюдающие примерно одинаковую диету, имеют больше общего, но в целом фагеомы каждого человека сильно различаются.
От симбиоза к дисбактериозу
Бактериофаги, как уже говорилось, уничтожают бактерии. Однако в некоторых ситуациях бактериофаги могут принести пользу популяциям бактерий.
В кишечнике бактериофаги существуют преимущественно в виде профагов. На этом этапе их генетический код включается в геном бактерии, готовый производить бактериофаги в случае активации.
На этом этапе их жизни бактериофаг не опасен для бактерий - 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 разными видами бактерий». Это может принести пользу некоторым видам бактерий, потенциально позволяя им расширить свою нишу. Однако рост может происходить за счет других колоний бактерий в кишечнике.
«Профаги являются симбиотическими для своих бактерий-хозяев, и эти бактерии являются симбиотическими для нашего тела. Следовательно, фаги могут косвенно принести пользу многоклеточному организму, такому как [] человек, сверх того, что непосредственно испытывают их бактериальные клетки-хозяева ».
Как только профаги становятся активными - например, во время стресса или если бактерия-хозяин находится в опасности - они могут вызвать широкомасштабные изменения в микробном сообществе кишечника.
Переход от безвредного профага к так называемому литическому фагу может уничтожить сообщества бактерий, потенциально предоставляя «плохим» бактериям некоторую передышку и позволяя им заполнить пустоту.
Это называется перетасовкой сообщества и может привести к дисбактериозу - микробному дисбалансу.
От дисбактериоза к диагностике
Дисбактериоз связан с рядом состояний, включая воспалительное заболевание кишечника, синдром хронической усталости, ожирение и т. Д. Clostridium difficile (C. diff) инфекция и колит. Однако 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 симптом состояния, а не причина.
Исследователи наблюдали изменения кишечных бактерий при удивительно разнообразном диапазоне заболеваний, включая диабет 2 типа, шизофрению, депрессию, тревогу, болезнь Паркинсона и многие другие.
Поскольку бактериофагов больше, чем бактерий в нашем кишечнике, и они полагаются на них для размножения, они должны быть либо затронуты, либо вовлечены в любые колебания.
Бактериофаги могут не вызывать изменений в кишечнике - изменения, которые, надо добавить, не могут быть причиной болезни. Напротив, популяции бактериофагов могут просто пассивно изменяться из-за изменений в кишечных бактериях.
Будет сложно исследовать, важны ли приливы и отливы сообществ бактериофагов для здоровья и болезней. Но даже если они не имеют решающего значения для патологии заболевания, обнаружение этих колебаний может иметь другие преимущества.
Например, виром можно использовать в качестве диагностического маркера. Например, ученые определили специфические изменения в вироме кишечника у людей с воспалительным заболеванием кишечника, которое, как известно, является сложным для диагностики состоянием.
Проблема с вирусами
Изучение бактерий - дело непростое; в конце концов, они невероятно маленькие. Бактерии обычно имеют диаметр 0,4–10 мкм. Чтобы обеспечить некоторый контекст: 10 микрометров - это всего лишь одна сотая миллиметра или четыре десятитысячных дюйма.
Вирусы, однако, еще меньше - всего 0,02–0,4 микрометра в поперечнике.
Помимо трудностей, связанных с работой в таком крошечном масштабе, вирусы создают и другие проблемы.
Если ученые хотят понять, какие виды бактерий присутствуют в той или иной популяции, они извлекают генетическую информацию.
Исходя из этого, они выделяют определенные участки кода и сопоставляют их с существующими базами данных; чаще всего они используют ген 16S рРНК. Этот конкретный ген можно найти почти у всех видов бактерий, и с течением времени он оставался относительно неизменным.
Однако некоторые участки 16S РНК считаются гипервариабельными. Различия между этими регионами позволяют исследователям идентифицировать виды.
Вирусы, с другой стороны, не имеют одинаковых генов у разных видов. Это до относительно недавнего времени делало изучение вирома практически невозможным, но достижения в области секвенирования следующего поколения постепенно разрушают препятствия.
На данном этапе роль вирусов в здоровье человека далеко не так очевидна, как их роль в развитии болезней.
С учетом сказанного также весьма вероятно, что вирусы действительно играют существенную роль в поддержании здоровья организма. Только с развитием исследовательских методов можно будет понять их полное влияние.
Учитывая непосредственные опасения, связанные с устойчивостью к антибиотикам, возможно, возобновившийся интерес к бактериофагам заставит больше времени посвятить этому загадочному элементу медицинской науки.
Тем не менее, понимание взаимодействия между компонентами нашего микробиома будет нелегкой информацией; как объясняется в одной статье:
«Состав микробиома кишечника неодинаков на разных этапах жизни или даже в часы одного и того же дня».
Это наверняка будет долгая битва.
