Jak „dobré“ viry mohou ovlivnit zdraví

I když je role „dobrých“ virů v lidském zdraví stále poměrně záhadná, pomalu odkrýváme důležitost našich virových návštěvníků. V této speciální funkci představujeme zanedbanou část mikrobiomu - virom.

Ilustrace bakteriofágů infikujících bakterii.

Další informace o mikrobiomu a jeho vlivu na zdraví podporované výzkumem najdete v našem vyhrazeném centru.

Role bakterií a našeho mikrobiomu ve zdraví a nemocech je v čele lékařského výzkumu.

Jsme daleko od zodpovězení mnoha otázek kladených nedávnými poznatky, ale nyní je pevně stanoveno, že bez naší osobní flotily „přátelských“ mikroorganismů - našeho mikrobiomu - bychom neprospívali.

Lékařská věda však nesedí; jeho oči jsou vždy upřeny na obzor a napínají popis tvaru věcí ukrytých v dálce.

Když se snažíme uvolnit téměř nesnesitelně složité interakce mezi bakteriemi a zdravím, další výzva již čeká v křídlech: role viromu.

Co je virom?

Když slyšíme slovo „mikrobiom“, okamžitě myslíme na bakterie, ale technicky je mikrobiom souhrnem všech mikroorganismů v konkrétním prostředí. Někteří vědci používají tento termín k označení součtu genetického materiálu těchto mikroorganismů.

Kromě bakterií tedy mikrobiom zahrnuje mimo jiné také viry (virom) a houby (mykobiom). Vědci doposud věnovali poměrně málo pozornosti viromu nebo mykobiomu.

Viry se staly doma v řadě ekologických výklenků v lidském těle, zejména na slizničních površích, jako jsou vnitřky nosu a úst a výstelky střev.

V této funkci se soustředíme na střevní virom, protože je hostitelem největšího počtu virových osob a byl zkoumán nejvíce.

Viry jsou samozřejmě nejznámější tím, že způsobují nemoci, jako jsou neštovice, hepatitida, HIV a vzteklina. Kvůli naléhavosti spojené s virovými chorobami tento aspekt zabral lví podíl času vědců. Mnoho virů však nemá o lidské buňky sebemenší zájem.

Představujeme bakteriofága

Vědci považují virom za „největší, nejrozmanitější a nejdynamičtější část mikrobiomu“ a většina virů v našich útrobách jsou bakteriofágy. Kdekoli jsou bakterie, jsou bakteriofágy v hojnosti.

Jak vysvětlují další vědci: „Fágy jsou nejhojnější formy života na Zemi, jsou prakticky všudypřítomné. […] Některé sladkovodní zdroje mohou obsahovat až 10 miliard na [mililitr]. “

Bakteriofágy infikují bakterie, ovládají jejich buněčný aparát a používají je k replikaci jejich genetického materiálu.

Nyní je zcela jasné, že střevní bakterie ovlivňují zdraví a nemoci, takže není překvapením, že mohou mít významný vliv i viry infikující střevní bakterie.

Fágová terapie

Od 20. do 50. let 20. století vědci zkoumali, zda lze bakteriofágy použít k léčbě bakteriálních infekcí. Koneckonců, tyto viry jsou schopny ničit lidské patogeny.

Vědci zjistili, že fágová terapie byla jak účinná, tak důležitá bez vedlejších účinků.

Když byla objevena antibiotika, fágová terapie ustoupila do pozadí. Antibiotika lze vyrábět relativně snadno a zabíjejí široké spektrum bakteriálních druhů.

S dnešními technologickými schopnostmi a hrůzostrašným pozadím rezistence na antibiotika se však zájem o fágovou terapii může znovu objevit.

Jedním z faktorů, které činí fágovou terapii atraktivní, je její specifičnost. Antibiotika často ničí široké spektrum bakteriálních druhů. Nyní, když víme, že ve střevech žijí „dobré“ bakterie, je však jasné, že to není ideální.

Bakteriofágy zatím cílí pouze na úzký rozsah kmenů v rámci stejného bakteriálního druhu.

Navíc se replikují, pouze pokud jsou jejich cílové bakterie v místní oblasti. Dohromady to znamená, že napadají pouze požadovanou bakterii a pokračují v replikaci, dokud nevymažou infekci.

Přátelé na celý život

Bakteriofágy se připojují k lidské cestě v rané fázi. Jedna studie zkoumala mekonium - první hovno novorozence - a nenalezla žádné důkazy o virech.

Pouhý 1 týden po narození však každý gram hovězího dítěte obsahoval asi 100 milionů virových částic, z nichž většina byly bakteriofágy. Náš virom je skutečně celoživotním společníkem.

Každý člověk má odlišný výběr bakteriofágů, který se souhrnně označuje jako fágom. Lidé, kteří mají zhruba stejnou stravu, sdílejí více podobností, ale celkově se fág každého jednotlivce divoce liší.

Od symbiózy k dysbióze

Bakteriofágy, jak již bylo zmíněno, ničí bakterie. V některých situacích však mohou bakteriofágy prospívat populacím bakterií.

Ve střevě bakteriofágy existují převážně jako profágy. V této fázi je jejich genetický kód začleněn do genomu bakterie a je připraven produkovat bakteriofágy, pokud je aktivován.

V tomto okamžiku svého života bakteriofág není pro bakterii škodlivý - existují v symbióze.

Vzhledem k tomu, že si bakterie mohou navzájem vyměňovat genetický materiál, lze mezi jednotlivými bakteriemi přenášet také genetický kód proroků.

Mohou si vyměňovat „geny spojené s rezistencí na antibiotika, virulencí nebo metabolickými cestami mezi různými bakteriálními druhy.“ To by mohlo prospět některým bakteriálním druhům, což by jim potenciálně umožnilo rozšířit jejich mezeru. Růst však může být na úkor jiných kolonií bakterií ve střevě.

"Prophages jsou symbiotické vůči jejich hostitelským bakteriím a tyto bakterie jsou symbiotické pro naše tělo." Fágy proto mohou nepřímo poskytovat výhodu mnohobuněčnému organismu, jako je člověk, nad rámec toho, co jeho hostitelské bakteriální buňky zažívají okamžitě. “

Jakmile se aktivují profágy - například v době stresu nebo pokud je hostitelská bakterie v nebezpečí - mohou způsobit rozsáhlou změnu ve střevní mikrobiální komunitě.

Přechod od neškodného profága k takzvanému lytickému fágu může vymazat společenství bakterií, což potenciálně poskytne „špatným“ bakteriím nějaký prostor pro dýchání a umožní jim zaplnit prázdnotu.

Tomu se říká míchání v komunitě a může to vést k dysbióze - mikrobiální nerovnováze.

Od dysbiózy k diagnóze

Dysbióza je spojena s řadou stavů, včetně zánětlivých onemocnění střev, syndromu chronické únavy, obezity, Clostridium difficile (C. rozdíl) infekce a kolitida. Vědci si však stále nejsou jisti rolí bakteriofágů v těchto podmínkách.

V těchto případech může dojít k dysbióze jinými mechanismy. Alternativně to může být spíše příznak podmínek než příčina.

Vědci pozorovali změny ve střevních bakteriích u překvapivě pestré škály onemocnění, včetně cukrovky typu 2, schizofrenie, deprese, úzkosti, Parkinsonovy choroby a mnoha dalších.

Protože bakteriofágy převyšují počet bakterií v našich útrobách a spoléhají se na jejich replikaci, musí být buď ovlivněny, nebo zapojeny do jakýchkoli výkyvů.

Bakteriofágy nemusí způsobovat změny ve střevě - změny, které je třeba dodat, nemusí vést k onemocnění. Místo toho mohou být populace bakteriofágů jen pasivně pozměněny změnami ve střevních bakteriích.

Zda bude příliv a odliv bakteriofágových komunit důležitý pro zdraví a nemoci, bude náročné prozkoumat. Ale i když to není rozhodující v patologii nemoci, pozorování těchto výkyvů může mít další výhody.

Jako příklad existuje potenciál použít virom jako diagnostický marker. Vědci například zjistili specifické změny střevního viromu u lidí se zánětlivým onemocněním střev, což je notoricky obtížná diagnóza.

Problémy s viry

Studium bakterií není zdaleka snadné; koneckonců jsou neuvěřitelně malé. Bakterie mají obvykle průměr 0,4–10 mikrometrů. Pro představu: 10 mikrometrů je jen jedna setina milimetru nebo čtyři desetisíctiny palce.

Viry jsou však ještě menší, pouze 0,02–0,4 mikrometrů.

Kromě obtíží spojených s prací v tak malém měřítku představují viry další výzvy.

Pokud vědci chtějí pochopit, které bakteriální druhy jsou přítomny v dané populaci, získávají genetickou informaci.

Z toho izolují konkrétní části kódu a přiřadí je k existujícím databázím; nejčastěji používají gen 16R rRNA. Tento konkrétní gen lze nalézt téměř u všech bakteriálních druhů a během evolučního času zůstal relativně nezměněn.

Některé oblasti 16S RNA jsou však považovány za hypervariabilní. Rozdíly mezi těmito regiony umožňují vědcům identifikovat druhy.

Viry na druhé straně nesdílejí mezi druhy žádné ekvivalentní geny. To až donedávna znemožňovalo studium viromu téměř nemožné, ale pokroky v sekvenování nové generace pomalu bourají bariéry.

V této fázi není role virů v lidském zdraví zdaleka tak jasná jako jejich role v nemoci.

S tím se také zdá velmi pravděpodobné, že viry hrají podstatnou roli při udržování zdravého těla. Pouze s pokrokem ve výzkumných technikách bude pochopen jejich plný dopad.

Vzhledem k bezprostředním obavám z rezistence na antibiotika bude možná obnovenému zájmu o bakteriofág věnováno více času tomuto tajemnému prvku lékařské vědy.

Pochopení souhry mezi složkami našeho mikrobiomu bude těžko získatelnou informací; jak vysvětluje jeden článek:

"Složení střevního mikrobiomu není stejné během několika životních stádií, ani během hodin téhož dne."

To bude určitě dlouhá bitva.