Vírusos szobatársak a belekben Több mint hasmenés és hányás BioinfoWorlds
Az emberi bélflóra saját ökoszisztéma. Egy gramm béltartalom több élőlénynek ad helyet, mint a földi emberek. A bélflóra megmentette a baktériumok képét. Ez több, mint egy csomó baktérium, amelyre szükségünk van az emésztéshez. A bélflóra döntő szerepet játszik az emberi egészség és így természetesen a betegségek szempontjából is. A "növényvilág" kifejezés - valójában a növényvilág - kissé félrevezető és szigorúan véve relikviája azokból az időkből, amikor a baktériumokat még a növényvilághoz rendelték. Ma inkább a bélmikrobiomáról beszélünk.
A bél mikrobiómájának jelentésekor elsősorban a bélben lévő baktériumokat értjük. Nagy figyelmet fordítottak a bél bakteriális összetevőjére. Éppen tegnap tartottam a kezemben az aktuális „Spiegelt” egy borítós történettel a szuperorganikus bélről: „A bélben lévő baktériumok méregtelenítenek, edzik az immunrendszert, szabályozzák az emésztést.” Hasznos funkciójuk egészséges embereknél ismert és sok tényező amelyek befolyásolják az összetételt - étrend, életkor, betegség, gyógyszeres kezelés - már jól érthetők. Az elmúlt években intenzív kutatásokat is végeztek a betegségekben betöltött szerepének megfejtésére. A bél bakteriális összetevője számos betegséghez kapcsolódik, a gyomor-bélrendszeri és autoimmun betegségektől a májbetegségekig és a központi idegrendszer betegségéig.
Bélvírusok: képprobléma
A bélmikrobiom nemcsak baktériumokra vonatkozik, hanem az emberek és állatok belét megtelepítő mikroorganizmusok egészére is. Ide tartoznak az úgynevezett archeák is (szintén egysejtűek, sejtmag nélkül), de az eukarióták is (sejtmaggal rendelkező szervezetek; főleg gombák). A mikrobiom vírusos összetevőjére (röviden „bélvírus”) eddig szinte nem figyeltek fel. A bélben lévő vírusokról keveset tudunk, és ezeknek az egészségre és a betegségekre gyakorolt jelentőségét még meg kell vizsgálni. A vírusokat még a bélflóra német Wikipedia cikke sem említi. Ha a bélvírusok után kutat a Google-on, találkozni fog az általánosan ismert kórokozókkal, amelyek hasmenéssel és hányással járnak bennünk. Valójában tudjuk, hogy a legtöbb vírus (és általában a mikroorganizmus) nem patogén emberre, növényre vagy állatra. Ideje tehát menteni a bél vírus képét.
Excursus: metagenomika
A fő ok, amiért nem fordítottak annyira figyelmet a vírusokra (a belekben), technikai okok voltak. A klasszikus mikrobiológiai kutatáshoz először a mikroorganizmusokat kellett tenyészteni, hogy aztán szekvenálás útján azonosíthatók legyenek. Sajnos a legtöbb mikroorganizmus (a becslések meghaladják a 99% -ot) egyáltalán nem termeszthetők (vagy azt kell mondanunk, hogy senki sem talált módot a tenyésztésére). A metagenomika, amely csak a molekuláris genetika technológiai fejlődésének köszönhetően lehetséges, orvosságot nyújt. Az ötlet: vegyen környezeti mintát (talaj, tengervíz, szélvédő vagy ürülék), és vonja ki belőle az összes genetikai anyagot.
A metagenomika a virológiában is fordulatot hozott. Ha korábban nagyon specifikusan érdekeltek azok a vírusok, amelyek egy szervezetben kórállapotot váltottak ki, a nagy áteresztőképességű szekvenálással rendelkező metagenomikának köszönhetően, akkor vírusökológiai expedíciókat folytat. Az első vírus-metagenómát egy óceánmintából szekvenálták 2002-ben. Azóta a metagenomika óriási mikrobiális biodiverzitást tárt fel számos különböző környezetben. A metagenomikát egyre gyakrabban alkalmazzák a klinikákon nehezen diagnosztizálható esetekben. De azt is el kell mondani, hogy a vírus metagenomikájának kísérleti és bioinformatikai módszerei még nem jutottak konszenzusra. Még a metagenomikai szakértők is „sötét anyagról” beszélnek, amikor leírják a metagenómákban talált vírusszekvenciákat.
Vissza a belekben
Az első, a bélvírust említő publikáció 2003-ban jelent meg. Ugyanebben az évben az emberi ürülékből származó első bakteriofágokat szekvenálták (ugyanaz a munkacsoport, amely az óceánminta első vírusmetagenomáját szekvenálta). A bakteriofágok olyan vírusok, amelyek megtámadják a baktériumokat és az archeákat. A bél leggyakoribb lakói. A bélvírus eukarióta vírusokat is tartalmaz, amelyek gazdasejtjei például a bélben található gombák vagy maguk az emberek. Még azok a vírusok is a bélvírusok, amelyek étrendünk részeként áthaladnak a gyomor-bél traktuson (pl. Növényi vírusok). Az eukarióta bélvírusok kórokozó hatása jól ismert (norovírusok vagy rotavírusok okozta gyomor-bélrendszeri influenza). Mivel a bélvírusok minden (akár egészséges) emberben jelen vannak, feltételezzük, hogy ezek a test egyensúlyában is fontos szerepet játszanak; csak eddig alig van erre bizonyíték.
CrAssphage: Nem számítógépes vírus, hanem szoftverről nevezték el
Míg a CrAssphage-nek nem voltak ismert rokonai, amikor 2014-ben felfedezték, 2017-ben számos kapcsolódó vírust fedeztek fel, és leírtak egy új CrAss-szerű fágcsaládot.
Mindegy, vagy mindegyik egyedi?
Amikor a CrAssphage a populáció ilyen nagy részén fordul elő, természetesen felmerül a kérdés, hogy van-e valamilyen nukleáris vírus a bélben, amely minden ember számára közös. A kérdés még nem tisztázott, de tény, hogy sok ember belében más vírusok is megtalálhatók, köztük a CrAss-szerű fágok más képviselői is. A felnőttek bélvírusának összehasonlításakor azonban azt is felfedezték, hogy összetétele egyedenként egyedi. Több olyan tényezőt is ismerünk, amelyek befolyásolják a vírus összetételét a belekben: rokonok, étrend, születési mód és természetesen betegségek. Úgy tűnik, hogy a bejuttatás módja (azaz a természetes vagy a császármetszés) még nagyobb hatást gyakorol a bél vírusösszetételére, mint a bakteriális összetétel.
A bélvírus összetételének kérdését közvetlenül követi annak kérdése, hogy milyen hatással van az ember egészségére. A bélvírus betegségekben betöltött szerepét korántsem vizsgálják megfelelően. Néhány betegséggel azonban már vannak összefüggések, például gyulladásos bélbetegség, I. típusú cukorbetegség és vastagbélrák. Az alultápláltságot a bélvírus is felismerheti, de továbbra sem világos, hogy a megváltozott összetétel a betegség oka vagy következménye.
A baba belétől a felnőtt bélig: stabilitás az idő múlásával
Az, hogy az újszülöttek belei teljesen sterilek-e vagy sem, még mindig vita tárgya. Közvetlenül születése után óriási számú mikroorganizmusnak teszik ki és kolonizálják. Ezeknek az organizmusoknak stabil közössége alakul ki a következő hetekben és hónapokban. A viroma az élet első heteiben drasztikusan megváltozik: a székletmintákból származó vírusok több mint fele az élet első hetében már nem detektálható a másodikban. A bakteriofágok dominálják a bél korai gyarmatosítását a születés után, és nagyobb valószínűséggel a környezetből származnak, mint az anyától vagy az ételtől. Érdekes módon a legnagyobb mennyiségű és változatos fág az élet első hónapjaiban figyelhető meg, és idővel jelentősen csökken. A bélmikrobiom baktériumkomponense pontosan fordítva fejlődik.
Eukarióta vírusokat találtak a csecsemők székletmintáiban is, anélkül, hogy ezek a csecsemők bármilyen klinikai képet mutattak volna. Viszont gazdagságuk az életkor előrehaladtával növekszik, feltehetően azért, mert ezeket a vírusokat a környezetből nyeljük be.
A csecsemőbél viromájának drasztikus változásaival ellentétben az egészséges felnőtt bélvírus idővel meglehetősen stabilnak tűnik. Ennek ellenére a vírusok természetesen a belekben is mutálódnak. Megtörténhet, hogy két éven belül annyira megváltoznak, hogy új fajokká fejlődnek. Ez oka lehet a bélvírus interperszonális különbségeinek is.
Baktériumok vs fág
Miért érdemes egy többdimenziós ökoszisztémát tanulmányozni, csak egy dimenzióra összpontosítva?
Ki kell mondani, hogy még mindig szinte semmit sem tudunk a bélvírusunkról. Szükségünk van nagyobb hosszanti vizsgálatokra, amelyek mind a bél mikrobiomjának bakteriális, mind vírusos összetevőire összpontosítanak. És jobb vírus-bioinformatikai elemzésekre van szükségünk. A metagenómás vizsgálatokban a legtöbb vírusszekvencia továbbra is azonosítatlan („sötét kínzás”). Ennek megfelelően az értékelések nem teljesek, és a kutatási eredményekben mindig vannak ellentmondások. A jövő szempontjából fontos, hogy ne csak folytassuk a bélben lévő baktériumok tanulmányozását, hanem mindenekelőtt a fágok szerepét is figyelemmel kísérjük: Hogyan változtatják meg a bakteriofágok a bél bakteriális komponenseinek összetételét és működését, és ennek eredményeként milyen hatással vannak egészségünkre?