Електронна микроснимка на бактериофаги върху бактериална клетка. (Греъм Биърдс/Уикипедия/CC BY-SA 3.0) Изследване, публикувано днес в Природна микробиология идентифицира 54 118 вида вирус живеещи в човешките черва - 92 процента от които са били неизвестни досега.
Но както ние и нашите колеги от Обединения геномен институт и Станфордския университет в Калифорния открихме, по-голямата част от тях са бактериофаги или накратко „фаги“. Тези вируси „ядат“ бактерии и не могат да атакуват човешки клетки.
Когато повечето от нас мислят за вируси, ние мислим за организми, които заразяват клетките ни с болести като паротит, морбили или, наскоро, COVID-19 . Има обаче огромен брой от тези микроскопични паразити в телата ни - най-вече в червата ни - които са насочени към микробите, които живеят там.
Всеки ака (но не всички акания са еднакви)
Напоследък има голям интерес към чревен микробиом на човека : съвкупността от микроорганизми, които живеят в червата ни.
Освен че ни помагат да смиламе храната си, тези микроби имат много други важни роли. Те ни предпазват от патогенни бактерии, модулират психическото ни благополучие, подготвят имунната ни система, когато сме деца, и имат постоянна роля в имунната регулация в зряла възраст.
Справедливо е да се каже, че човешките черва сега са най-добре проучената микробна екосистема на планетата. Още повече от 70 процент от микробните видове, които живеят там, тепърва ще се отглеждат в лабораторията.
Знаем това, защото имаме достъп до генетичните чертежи на чревния микробиом чрез подход, известен като метагеномика . Това е мощна техника, при която ДНК се извлича директно от околната среда и се подрежда на случаен принцип, което ни дава моментна снимка на това, което присъства вътре и какво може да прави.
Метагеномните изследвания разкриха колко далече трябва да стигнем, за да каталогизираме и изолираме всички микробни видове в човешките черва - и още по-далеч, когато става дума за вируси.
11 810 проби от изпражнения
В нашето ново изследване ние и нашите колеги изчислихме вирусни последователности от 11 810 публично достъпни фекални метагенома, взети от хора в 24 различни страни. Искахме да добием представа до каква степен вирусите са се настанили в човешките черва.
Това усилие доведе до каталога на метагеномните чревни вируси, най-големият подобен ресурс до момента. Този каталог включва 189 680 вирусни генома, които представляват повече от 50 000 различни вирусни вида.
Забележително (но може би предвидимо), повече от 90 процента от тези вирусни видове са нови за науката. Те колективно кодират повече от 450 000 различни протеина - огромен резервоар от функционален потенциал, който може да бъде или полезен, или вреден за техните микробни и на свой ред човешки гостоприемници.
Ние също така проучихме подвидовете на различни вируси и открихме, че някои показват поразителни географски модели в 24-те изследвани държави.
Например, подвид на наскоро описания и загадъчен crAssphage беше разпространен в Азия, но беше рядък или липсваше в проби от Европа и Северна Америка. Това може да се дължи на локализирано разпространение на този вирус в специфични човешки популации.
Една от най-често срещаните функции, които открихме в нашето молекулярно полево пътуване, бяха ретроелементите, генериращи разнообразие (DGR). Това са клас генетични елементи, които мутират специфични целеви гени, за да генерират вариации, които могат да бъдат полезни за гостоприемника. В случай на DGR във вируси, това може да помогне в продължаващата еволюционна надпревара във въоръжаването с техните бактериални гостоприемници.
Интересно е, че открихме, че една трета от най-често срещаните вирусно кодирани протеини имат неизвестни функции, включително повече от 11 000 гена, далечно свързани с „бета-лактамази“, които позволяват резистентност към антибиотици като пеницилин.
Свързване на чревни вируси с техните микробни гостоприемници
След като идентифицирахме фагите, следващата ни задача беше да ги свържем с техните микробни гостоприемници. CRISPRs , най-известни с многобройните си приложения в редактирането на гени, са бактериални имунни системи, които „помнят“ минали вирусни инфекции и предотвратяват повторната им поява.
Те правят това, като копират и съхраняват фрагменти от нахлуващия вирус в собствените си геноми, които след това могат да бъдат използвани за конкретно насочване и унищожаване на вируса при бъдещи срещи.
Използвахме този запис на минали атаки, за да свържем много от вирусните последователности с техните гостоприемници в чревната екосистема. Не е изненадващо, че силно изобилните вирусни видове са свързани с силно изобилни бактериални видове в червата, принадлежащи предимно към бактериалната фила Firmicutes и Bacteroidota.
И така, какво можем да направим с цялата тази нова информация? Едно обещаващо приложение на описа на чревните вируси и техните гостоприемници е фаготерапията. Фаготерапия е стара концепция, предхождаща антибиотиците, при която вирусите се използват за селективно насочване към бактериални патогени с цел лечение на инфекции.
Имаше дискусия за потенциално персонализиране на чревните микробиоми на хората с помощта на диетични интервенции, пробиотици, пребиотици или дори „трансплантации“ (трансплантация на фекална микробиота), за подобряване на здравето на индивида.
Фаговата терапия може да бъде полезно допълнение към тази цел чрез добавяне на прецизност на ниво вид или дори подвид към манипулирането на микробиома. Например бактериалният патоген Clostridioides difficile (или накратко Cdiff) е водеща причина за диария, придобита в болница, която може да бъде специално насочена към фагите.
По-фино манипулиране на непатогенни бактериални популации в червата може да бъде постижимо чрез фагова терапия. Пълният сборник на чревните вируси е полезна първа стъпка за такива приложни цели.
Струва си да се отбележи обаче, че прогнозите от нашите данни показват, че сме изследвали само част от общото разнообразие на чревни вируси. Така че все още ни предстои дълъг път. 
Филип Хугенхолц , професор по микробиология, Училище по химия и молекулярни бионауки, Университетът на Куинсланд и Су Джен Лоу , постдокторант научен сътрудник, Университетът на Куинсланд .
Тази статия е препубликувана от Разговорът под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия .