Вирусни съквартиранти в червата Повече от диария и повръщане BioinfoWorlds
Чревната флора на човека е собствена екосистема. Един грам чревно съдържание съдържа повече живи същества, отколкото земните хора. Чревната флора спаси образа на бактериите. Това е повече от куп бактерии, които са ни необходими за храносмилането. Чревната флора играе решаваща роля за човешкото здраве и следователно, разбира се, и за болестите. Терминът "флора" - всъщност растителен свят - е малко подвеждащ и, строго погледнато, реликва от времена, когато бактериите все още са били причислени към растителното царство. Днес предпочитаме да говорим за чревния микробиом.
Когато се докладва за чревния микробиом, се имат предвид предимно бактериите в червата. Много внимание е отделено на бактериалния компонент на червата. Точно вчера държах в ръката си актуалния „Шпигел“ с разказ на корицата за суперарганното черво: „Бактериите в нашите черва се детоксикират, тренират имунната система, регулират храносмилането.“ Полезната им функция при здрави хора е известна и много фактори които влияят върху състава - диета, възраст, болест, лекарства - вече са добре разбрани. През последните години се провеждат и интензивни изследвания, за да се дешифрира ролята му при болестите. Бактериалният компонент на червата е свързан с голямо разнообразие от заболявания, от стомашно-чревни и автоимунни заболявания до чернодробни заболявания и заболявания на централната нервна система.
Чревни вируси: проблем с изображението
Чревният микробиом не се отнася само до бактериите, а до цялостните микроорганизми, които колонизират червата на хората и животните. Това включва също така наречените археи (също едноклетъчни организми без клетъчно ядро), но също така и еукариоти (организми с клетъчно ядро; тук предимно гъби). Досега вирусният компонент на микробиома (накратко „чревен вирус“) не е получил почти никакво внимание. Малко се знае за вирусите в червата и тяхното значение за здравето и заболяванията тепърва ще бъде изследвано. Вирусите дори не се споменават в немската статия в Уикипедия за чревната флора. Ако потърсите в Google за чревни вируси, ще се натъкнете на най-често срещаните патогени, които ни измъчват с диария и повръщане. Всъщност знаем, че повечето вируси (и микроорганизмите като цяло) не са патогенни за хората, растенията или животните. Така че е време да запазите изображението на вируса на червата.
Екскурс: метагеномика
Основните причини да не се обръща толкова внимание на вирусите (в червата) са техническите причини. За класическите микробиологични изследвания първо трябваше да се култивират микроорганизмите, за да могат след това да бъдат идентифицирани чрез секвениране. За съжаление повечето микроорганизми (изчисленията са над 99%) изобщо не могат да бъдат култивирани (или трябва да кажем, че никой все още не е намерил начин да ги култивира). Метагеномиката, която е възможна само благодарение на технологичния напредък в молекулярната генетика, предоставя лек. Идеята зад нея: Вземете проба от околната среда (почва, морска вода, предно стъкло или екскременти) и извлечете целия генетичен материал от нея.
Метагеномиката също доведе до обрат във вирусологията. Ако преди това сте се интересували изключително много от вирусите, които са задействали болестно състояние в организма, благодарение на метагеномиката с високопроизводителна секвенция, вие ще пътувате в вирусна екология. Първият вирусен метагеном е секвениран от океанска проба през 2002 г. Оттогава метагеномиката откри огромно микробно биологично разнообразие в много различни среди. Метагеномиката все по-често се използва в клиники за трудни за диагностициране случаи. Но също така трябва да се каже, че експерименталните и биоинформативни методи за вирусна метагеномика все още не са постигнали консенсус. Дори експертите по метагеномика говорят за „тъмна материя“, когато описват вирусните последователности, които намират в метагеномите.
Обратно в червата
Първата публикация, която някога споменава чревния вирус, се появява през 2003 г. През същата година се секвенират първите бактериофаги от човешки изпражнения (от същата работна група, която секвенира първия метагеном на вируса от океанската проба). Бактериофагите са вируси, които атакуват бактериите и археите. Те са най-често срещаните обитатели на червата. Чревният вирус също съдържа еукариотни вируси, чиито гостоприемници са например гъбичките в червата или самите хора.Дори вирусите, които преминават през стомашно-чревния тракт като част от нашата диета (например растителни вируси), са част от чревния вирус. Патогенният ефект на еукариотните чревни вируси е добре известен (стомашно-чревен грип, причинен от норовируси или ротавируси). Тъй като чревните вируси присъстват при всички (дори здрави) хора, предполага се, че те също играят важна роля в баланса на тялото; само досега едва ли има доказателства за това.
CrAssphage: Не е компютърен вирус, но е кръстен на софтуер
Докато CrAssphage нямаше известни роднини, когато беше открит през 2014 г., редица свързани вируси бяха открити през 2017 г. и беше описано ново семейство CrAss-подобни фаги.
Всички еднакви или всеки един уникален?
Когато CrAssphage се среща при толкова голяма част от населението, естествено възниква въпросът дали има някакъв ядрен вирус в червата, който е общ за всички хора. Въпросът все още не е изяснен, но факт е, че други вируси могат да бъдат открити в червата на много хора, включително други представители на CrAss-подобни фаги. Въпреки това, при сравняване на чревния вирус при възрастни, също е установено, че съставът му е уникален за всеки индивид. Вече знаем няколко фактора, които влияят на нашия вирусен състав в червата: роднини, диета, начин на раждане и разбира се заболявания. Начинът на раждане (т.е. естествен срещу цезарово сечение) изглежда влияе дори повече върху вирусния състав в червата, отколкото върху бактериалния състав.
Въпросът за това как е съставен чревният вирус е пряко последван от въпроса за неговото влияние върху здравето на човека. Ролята на чревния вирус при болестите далеч не е адекватно проучена. Вече обаче има връзки с някои заболявания, включително възпалителни заболявания на червата, диабет тип I и рак на дебелото черво. Недохранването може да бъде разпознато и от чревния вирус, но остава неясно дали промененият състав е причина или последица от заболяването.
От червата на бебето до червата на възрастните: стабилност във времето
Дали червата на новородените са напълно стерилни или не, все още е предмет на дебат. Веднага след раждането той е изложен и колонизиран от огромен брой микроорганизми. През следващите седмици и месеци се формира стабилна общност от тези организми. Виромата се променя драстично през първите седмици от живота: повече от половината от вирусите от пробите на изпражненията през първата седмица от живота вече не се откриват през втората. Бактериофагите доминират в ранната колонизация на червата след раждането и е по-вероятно да идват от околната среда, отколкото от майката или храната. Интересното е, че най-голямо количество и разнообразие от фаги се наблюдават през първите месеци от живота и намаляват значително с времето. Бактериалният компонент на чревния микробиом се развива точно обратното.
Вируси на еукариот също са открити в проби от изпражнения от бебета, дори без тези бебета да показват каквато и да е клинична картина. На свой ред тяхното богатство се увеличава с възрастта, вероятно защото ние поглъщаме тези вируси от околната среда.
За разлика от драстичните промени във виромата на червата на бебето, здравият чревен вирус за възрастни изглежда доста стабилен във времето. Независимо от това, вирусите естествено мутират и в нашите черва. Може да се случи така, че те да се променят толкова много в рамките на две години, че да се превърнат в нов вид. Това също може да е причина за междуличностните различия в чревния вирус.
Бактерии срещу фаг
Защо да изучаваме многомерна екосистема, като се фокусираме само върху едно измерение?
Остава да се каже, че все още не знаем почти нищо за нашия чревен вирус. Това, от което се нуждаем, са по-големи надлъжни проучвания, които се фокусират както върху бактериалните, така и върху вирусните компоненти на чревния микробиом. И се нуждаем от по-добри биоинформационни анализи на вируса. Повечето вирусни последователности в метагеномни проучвания все още остават неидентифицирани („тъмно мъчение“). Съответно оценките не са пълни и винаги има противоречия в резултатите от изследването. За бъдещето е важно не само да продължим да изследваме бактериите в червата, но преди всичко да следим ролята на фагите: Как бактериофагите променят състава и функцията на бактериалните компоненти на червата и какво влияние оказват върху здравето ни в резултат на това?