Hvordan 'gode' vira kan påvirke sundheden

Skønt rollen som “gode” vira i menneskers sundhed stadig er relativt mystisk, afslører vi langsomt vigtigheden af ​​vores virale besøgende. I denne specielle funktion introducerer vi et forsømt afsnit af mikrobiomet - viromet.

Illustration af bakteriofager, der inficerer en bakterie.

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

Bakteriens rolle og vores mikrobiom i sundhed og sygdom er i spidsen for medicinsk forskning.

Vi er langt fra at besvare de mange spørgsmål, som de seneste fund har stillet, men det er nu fastslået, at uden vores personlige flåde af "venlige" mikroorganismer - vores mikrobiom - ville vi ikke trives.

Medicinsk videnskab sidder dog ikke på dens blinde; dens øjne er altid rettet mod horisonten og anstrenger sig for at beskrive formen på ting, der er skjult i det fjerne.

Mens vi kæmper for at fjerne de næsten uudholdeligt komplekse interaktioner mellem bakterier og sundhed, venter den næste udfordring allerede i vingerne: viroms rolle.

Hvad er viromet?

Når vi hører ordet ”mikrobiom”, tænker vi straks på bakterier, men teknisk set er mikrobiomet summen af ​​alle mikroorganismer i et bestemt miljø. Nogle forskere bruger udtrykket til at henvise til summen af ​​det genetiske materiale i disse mikroorganismer.

Så bortset fra bakterier inkluderer mikrobiomet også vira (viromet) og svampe (mycobiomet) blandt andre besøgende. Hidtil har forskere brugt relativt lidt opmærksomhed på viromet eller mycobiomet.

Virus har gjort sig hjemme i en række økologiske nicher i den menneskelige krop, især på slimhindeoverflader, såsom indersiden af ​​næse og mund og tarmens foring.

I denne funktion vil vi koncentrere os om tarmviromet, fordi det er det største antal virale beboere og er blevet undersøgt mest.

Naturligvis er vira mest berømte for at forårsage sygdomme som kopper, hepatitis, hiv og rabies. På grund af hasten forbundet med virussygdom har dette aspekt taget hovedparten af ​​forskernes tid. Imidlertid har mange vira ikke den mindste interesse i humane celler.

Introduktion af bakteriofagen

Forskere betragter viromet som "den største, mest forskelligartede og mest dynamiske del af [mikrobiomet", og størstedelen af ​​vira i vores tarme er bakteriofager. Uanset hvor der er bakterier, er der bakteriofager i overflod.

Som andre forskere forklarer: ”Fager er de mest rigelige livsformer på Jorden, idet de næsten er allestedsnærværende. […] Nogle ferskvandskilder kan indeholde op til 10 milliarder pr. [Milliliter]. ”

Bakteriofager inficerer bakterier, kommanderer deres cellemaskineri og bruger det til at replikere deres genetiske materiale.

Det er nu helt klart, at tarmbakterier påvirker sundhed og sygdom, så det er ikke overraskende, at vira, der inficerer tarmbakterier også kan have en betydelig indflydelse.

Fagerapi

Fra 1920'erne til 1950'erne undersøgte forskere, om bakteriofager kunne bruges til behandling af bakterielle infektioner. Når alt kommer til alt er disse vira dygtige til at ødelægge humane patogener.

Forskere fandt ud af, at fagterapi var både effektiv og vigtigst fri for bivirkninger.

Da antibiotika blev opdaget, falmede fagterapi i baggrunden. Antibiotika kunne fremstilles med relativ lethed, og de dræbte et bredt spektrum af bakteriearter.

Men med nutidens hi-tech-kapaciteter og den frygtelige baggrund for antibiotikaresistens kan interessen for fagterapi nyde en genopblussen.

En faktor, der gør fagterapi attraktiv, er dens specificitet. Ofte udsletter antibiotika et bredt spektrum af bakteriearter. Nu hvor vi ved, at "gode" bakterier lever i tarmen, er det imidlertid klart, at dette ikke er ideelt.

Bakteriofager målretter i mellemtiden kun et snævert udvalg af stammer inden for den samme bakteriearter.

Plus, de replikerer kun, hvis deres målbakterier er i lokalområdet. Samlet set betyder det, at de kun angriber den ønskede bakterie, og de fortsætter med at replikere, indtil de har udslettet infektionen.

Venner for livet

Bakteriofager slutter sig til den menneskelige rejse på et tidligt tidspunkt. En undersøgelse undersøgte mekonium - en nyfødtes første poop - og fandt ingen tegn på vira.

Dog kun 1 uge efter fødslen indeholdt hvert gram af en babys baub omkring 100 millioner viruspartikler, hvoraf de fleste var bakteriofager. Vores virome er virkelig en livslang ledsager.

Hvert menneske har et særskilt udvalg af bakteriofager, der kollektivt kaldes fagom. Folk, der har omtrent den samme diæt, har flere ligheder, men generelt varierer hver enkelt persons fagom vildt.

Fra symbiose til dysbiose

Bakteriofager ødelægger som nævnt bakterier. I nogle situationer kan bakteriofager dog være til gavn for populationer af bakterier.

I tarmen eksisterer bakteriofager overvejende som profager. I dette trin inkorporeres deres genetiske kode i en bakteries genom, klar til at producere bakteriofager, hvis den aktiveres.

På dette tidspunkt i deres liv er en bakteriofag ikke skadelig for en bakterie - de findes i symbiose.

Fordi bakterier kan udveksle genetisk materiale med hinanden, kan den genetiske kode for profager også overføres mellem individuelle bakterier.

De kan udveksle "gener associeret med antibiotikaresistens, virulens eller metaboliske veje mellem forskellige bakteriearter." Dette kan gavne nogle bakteriearter, hvilket muligvis giver dem mulighed for at udvide deres niche. Væksten kunne imidlertid ske på bekostning af andre bakteriekolonier i tarmen.

”Profager er symbiotiske for deres værtsbakterier, og disse bakterier er symbiotiske for vores krop. Derfor kan fager indirekte give fordele for en multicellulær organisme som [et] menneske ud over hvad der straks opleves af deres værtsbakterieceller. ”

Når profager er udløst til at blive aktive - for eksempel i tider med stress eller hvis værtsbakterien er i fare - kan de forårsage en omfattende ændring i tarmens mikrobielle samfund.

Skiftet fra harmløs profag til såkaldt lytisk fag kan udslette bakteriesamfund, hvilket potentielt giver “dårlige” bakterier noget vejrtrækningsrum og tillader dem at udfylde tomrummet.

Dette kaldes blandet samfund og kan føre til dysbiose - en mikrobiel ubalance.

Fra dysbiose til diagnose

Dysbiose er forbundet med en række tilstande, herunder inflammatorisk tarmsygdom, kronisk træthedssyndrom, fedme, Clostridium difficile (C. diff) infektion og colitis. Forskere er dog stadig usikre på, hvilken rolle bakteriofager spiller under disse forhold.

I disse tilfælde kan dysbiose forekomme via andre mekanismer. Alternativt kan det være et symptom på forholdene snarere end årsagen.

Forskere har observeret ændringer i tarmbakterier i en overraskende varieret vifte af sygdomme, herunder type 2-diabetes, skizofreni, depression, angst, Parkinsons sygdom og mange flere.

Da bakteriofager overstiger bakterierne i vores tarme og stoler på, at de replikerer, skal de enten være påvirket af eller involveret i udsving.

Bakteriofager fører muligvis ikke til ændringer i tarmen - ændringer, som det skal tilføjes, muligvis ikke driver sygdommen. I stedet kan bakteriofagpopulationer bare ændres passivt ved ændringer i tarmbakterier.

Hvorvidt udbredelsen af ​​bakteriofagsamfund er vigtig i sundhed og sygdom, vil være en udfordring at undersøge. Men selvom det ikke er afgørende for sygdommens patologi, kan det have andre fordele at få øje på disse udsving.

Som et eksempel er der potentialet til at bruge viromet som en diagnostisk markør. For eksempel har forskere identificeret sygdomsspecifikke ændringer i tarmviromet hos mennesker med inflammatorisk tarmsygdom, hvilket er en notorisk vanskelig tilstand at diagnosticere.

Problemet med vira

At studere bakterier er langt fra let; de er trods alt utroligt små. Bakterier er generelt 0,4-10 mikrometer tværs. For at give en vis sammenhæng: 10 mikrometer er kun en hundrededel af en millimeter eller fire ti tusindedele af en tomme.

Virus er dog endnu mindre på kun 0,02–0,4 mikrometer på tværs.

Bortset fra de vanskeligheder, der er forbundet med at arbejde i så lille skala, udgør vira andre udfordringer.

Hvis forskere ønsker at forstå, hvilke bakteriearter der er til stede i en given population, ekstraherer de genetisk information.

Herfra isolerer de bestemte strækninger af kode og matcher dem med eksisterende databaser; mest almindeligt bruger de 16S rRNA-genet. Dette særlige gen kan findes i næsten alle bakteriearter, og i løbet af evolutionstiden har det været relativt uændret.

Imidlertid betragtes nogle regioner af 16S RNA som hypervariabler. Forskelle mellem disse regioner giver forskere mulighed for at identificere arter.

Virus deler derimod ikke nogen ækvivalente gener blandt arter. Dette gjorde, indtil relativt for nylig, at studere viromet næsten umuligt, men fremskridt i næste generations sekventering vælter langsomt barrierer.

På dette tidspunkt er viraernes rolle i menneskers sundhed ikke så nær som deres rolle i sygdommen.

Når det er sagt, synes det også meget sandsynligt, at vira spiller en væsentlig rolle i at opretholde en sund krop. Kun med fremskridt inden for forskningsteknikker kan deres fulde virkning forstås.

I betragtning af de øjeblikkelige bekymringer for antibiotikaresistens vil måske fornyet interesse for bakteriofagen se mere tid til dette mystiske element inden for medicinsk videnskab.

At forstå samspillet mellem komponenterne i vores mikrobiom vil stadig være hårdt vundet information; som et papir forklarer:

”Sammensætningen af ​​tarmmikrobiomet er ikke den samme i flere livsfaser eller endda i timerne den samme dag.”

Dette er helt sikkert en lang kamp.