Tarmbakterier: Den overraskende virkning af vira

Mikrobiomet spiller en vital rolle i sundheden. En nylig undersøgelse har undersøgt, hvordan vira, der dræber tarmbakterier, påvirker disse mikrober. Resultaterne gør et allerede kompliceret billede meget mere.

Bakteriofager (afbildet her) er flere end bakterier.

For mere information-støttet information om mikrobiomet og hvordan det påvirker dit helbred, besøg vores dedikerede hub.

Mikrobiomet er både fascinerende og moderigtigt.

Stigningen i offentlig interesse har givet et løft i finansieringen til at undersøge interaktionerne mellem os og vores tarmbakterier.

Forskere har nu fundet forbindelser mellem mikrobiomet og en række tilstande, fra diabetes og fedme til Parkinsons og depression.

Takket være tarmbakteriens høje profil fylder hylder i dagligvarebutikker nu med probiotiske produkter.

På trods af deres brede tilgængelighed og popularitet er der dog kun få tegn på, at de giver mange fordele uden for et lille antal specifikke forhold.

Selvom forskere ved, at mikroberne i os er vitale, er det stadig langt væk at designe en måde at moderere dem på for at forbedre sundheden og bekæmpe sygdomme.

Den primære årsag til dette er mikrobiomets blændende kompleksitet. Det er ikke en enkelt, homogen enhed, men en verden af ​​mikroskopiske væsener, der interagerer, påvirker og hæmmer deres naboer, der er i stand til at dræbe, pleje og kommunikere med hinanden.

Allerede på dette tidspunkt kan vi se de store vanskeligheder med at forstå mikrobiomets ind og ud, men nogle forskere undersøger det næste niveau af kompleksitet: bakteriofager.

Introduktion af bakteriofagen

Bakteriofager eller simpelthen fager er vira, der udelukkende ødelægger bakterier. Utroligt er, at fager overstiger bakterier; hvor der er bakterier, er der fager i spar.

Fager er også specifikke; de har tendens til at ødelægge kun en art eller en stamme af bakterier. Inden antibiotika kom, brugte forskere fager til at bekæmpe infektioner. Men da forskere opdagede antibiotika, tog de stedet for fager; antibiotika var billigere og lettere at producere end fager.

Nu med antibiotikaresistens stigende, gentager nogle forskere ideen om fagterapi.

Selvfølgelig, hvis fager dræber bakterier, vil de sandsynligvis påvirke mikrobiomet. Forskere fra Brigham and Women's Hospital og Wyss Institute, begge i Boston, MA, er interesserede i præcis, hvordan disse rigelige vira kan påvirke vores tarmbakterier. De offentliggjorde resultaterne af deres seneste undersøgelse i tidsskriftet Cell vært & mikrobe.

”En af de største interesser i mit laboratorium er at forstå ændringerne i tarmmikrobiomet. Bakteriofager er en stor komponent i mikrobiomet, men er endnu ikke undersøgt meget. "

Seniorstudieforfatter Dr. Georg Gerber

Hvad er fager op til?

Selvom vi ved, at fager er rigelige i tarmen, ved vi ikke meget om deres opførsel.

”Nogle mennesker udforsker fagterapi ved hjælp af fager til at dræbe mikrober,” siger Dr. Gerber, “men fager findes også naturligt i tarmen, der findes sammen med resten af ​​økosystemet. Vi ønskede at finde ud af, hvad de laver derinde. ”

For at undersøge anvendte forskerne gnotobiotiske mus; de opdrættede disse dyr på en sådan måde, at de ikke har nogen bakterier, der lever på eller i dem.

Til at begynde med introducerede de musene 10 arter af bakterier, der almindeligvis opholder sig i den menneskelige tarm, inklusive Enterococcus faecalis og Escherichia coli.

Derefter tilføjede de fager, der specifikt målretter mod de bakterier, de transplanterede i musene. For eksempel målrettes T4-fagen E coliog VD13-fagangrebene E. faecalis. De spores derefter succesen for hver mikrobe.

Fager er specifikke jægere: hver type dræber kun en type bakterier. Så da forskerne introducerede en fag til musene, ville de se et fald i den slags bakterier. Imidlertid var virkningen på andre bakterier mere overraskende.

Udbredt forandring

Forskerne viste, at selvom en given fag kun angreb en bakterieart, ville den fag også påvirke andre arter; nogle arter trivdes, mens andre faldt.

Når man ser på det bredere billede, vurderede forskerne også rækken af ​​forbindelser produceret af både bakterierne og musen; dette kaldes metabolomet.

De fandt ud af, at når de introducerede en fag til musene og bakteriesammensætningen ændrede sig, var der også ændringer i niveauerne af visse biologisk aktive kemikalier. Undersøgelsesforfatterne skriver:

"Fager kan modulere metabolitter, der vides at påvirke pattedyrværten."

Med andre ord kan en enkelt stamme af en virus ændre typen eller mængden af ​​biologiske molekyler, der er tilgængelige for værtsdyret.

Fremtidige muligheder og meget mere arbejde

Dr. Gerber gik ikke glip af de vidtrækkende muligheder, som disse fund rejser. Han siger: ”Dette fund fascinerer mig for opfølgning og rejser vigtige spørgsmål: Kunne vi bruge fager til at modulere disse aktiviteter? Kunne dette være en intervention for tilstande, såsom depression, hvor du gerne vil ændre neurotransmitterniveauer? "

Selvfølgelig brugte dette eksperiment et kunstigt konstrueret mikrobiom i en gnavermodel, hvilket gør ekstrapolering til mennesker vanskelig. Det fokuserede dog på at få et generelt overblik over, hvordan fager kunne påvirke en population af bakterier. Som studieforfatterne skriver:

"Gnotobiotiske mus, koloniseret med en begrænset og kendt, men stadig kompleks samling af bakterier, udgør et attraktivt modelsystem til omfattende karakterisering af fagernes opførsel i tarmmiljøet."

Hvis fager foretager omfattende ændringer i et musemikrobiom, vil de sandsynligvis også foretage ændringer i det humane mikrobiom. Ændringerne kan være forskellige, men princippet forbliver.

Som vi gjorde det klart i indledningen, er virkningerne af mikrobiomet vanskelige nok til at forstå, før fager kommer ind i billedet, så design af en medicinsk intervention vil være langt væk. Men det gør bestemt ikke resultaterne mindre interessante eller værdig at forfølge.

"Selvom de ikke bruges som direkte terapeutisk, antyder vores undersøgelse, at fager kan være et godt redskab til at forstå de potentielle virkninger af andre lægemidler, der ændrer mikrobiomet," konkluderer Dr. Gerber.