Ako „dobré“ vírusy môžu mať vplyv na zdravie

Aj keď je úloha „dobrých“ vírusov v ľudskom zdraví stále pomerne tajomná, pomaly odhaľujeme dôležitosť našich vírusových návštevníkov. V tejto špeciálnej funkcii predstavujeme zanedbanú časť mikrobiómu - virom.

Ilustrácia bakteriofágov infikujúcich baktériu.

Ďalšie informácie o mikrobióme a o tom, ako ovplyvňuje vaše zdravie, nájdete na našom vyhradenom serveri.

Úloha baktérií a nášho mikrobiómu v zdraví a chorobe je v popredí lekárskeho výskumu.

Sme ďaleko od zodpovedania mnohých otázok, ktoré priniesli nedávne zistenia, ale teraz je už pevne dokázané, že bez našej osobnej flotily „priateľských“ mikroorganizmov - nášho mikrobiómu - by sa nám nedarilo.

Lekárska veda však nesedí na pľaci; jeho oči sú vždy upreté na obzor a napínajúc sa k opisu tvaru vecí ukrytých v ďalekej vzdialenosti.

Keď sa snažíme odtrhnúť takmer neúnosne zložité interakcie medzi baktériami a zdravím, ďalšia výzva už čaká v krídlach: úloha viromu.

Čo je virom?

Keď začujeme slovo „mikrobióm“, okamžite si spomenieme na baktérie, ale technicky je mikrobióm súčtom všetkých mikroorganizmov v konkrétnom prostredí. Niektorí vedci používajú tento výraz na označenie súčtu genetického materiálu týchto mikroorganizmov.

Okrem baktérií teda do mikrobiómu patria okrem iných aj vírusy (virom) a huby (mykobiómy). Vedci doteraz venovali vírusu alebo mykobiómu porovnateľne malú pozornosť.

Vírusy sa vytvorili ako doma v rôznych ekologických výklenkoch v ľudskom tele, najmä na povrchoch slizníc, ako sú vnútornosti nosa a úst a výstelka čriev.

V tejto funkcii sa zameriame na črevný viróm, pretože je hostiteľom najväčšieho počtu vírusových osôb a bol skúmaný najviac.

Vírusy sú samozrejme najznámejšie tým, že spôsobujú choroby, ako napríklad kiahne, hepatitídu, HIV a besnotu. Z dôvodu urgentnosti spojenej s vírusovým ochorením tento aspekt zabral leví podiel času výskumníkov. Mnoho vírusov však nemá o ľudské bunky najmenší záujem.

Predstavujeme bakteriofág

Vedci považujú viróm za „najväčšiu, najrozmanitejšiu a najdynamickejšiu časť mikrobiómu“ a väčšina vírusov v našich útrobách sú bakteriofágy. Všade, kde sú baktérie, je ich dostatok.

Ako vysvetľujú ďalší vedci: „Fágy sú najrozšírenejšie formy života na Zemi a sú v podstate všadeprítomné. […] Niektoré zdroje sladkej vody môžu obsahovať až 10 miliárd na [mililiter]. “

Bakteriofágy infikujú baktérie, ovládajú ich bunkové mechanizmy a používajú ich na replikáciu svojho genetického materiálu.

Teraz je úplne zrejmé, že črevné baktérie ovplyvňujú zdravie a choroby, takže nie je prekvapením, že môžu mať výrazný vplyv aj vírusy infikujúce črevné baktérie.

Fágová terapia

Od 20. do 50. rokov 20. storočia vedci skúmali, či je možné bakteriofágy použiť na liečbu bakteriálnych infekcií. Nakoniec, tieto vírusy sú schopné ničiť ľudské patogény.

Vedci zistili, že fágová terapia bola účinná a čo je dôležité, neobsahovala vedľajšie účinky.

Keď boli objavené antibiotiká, fágová terapia ustúpila do pozadia. Antibiotiká sa dali vyrobiť relatívne ľahko a zabíjali široké spektrum bakteriálnych druhov.

Avšak s dnešnými hi-tech schopnosťami a hrôzostrašnou kulisou rezistencie na antibiotiká sa môže záujem o fágovú terapiu znovuobnoviť.

Jedným z faktorov, vďaka ktorým je fágová terapia atraktívna, je jej špecifickosť. Antibiotiká často vyhladia široké spektrum bakteriálnych druhov. Teraz, keď vieme, že v čreve žijú „dobré“ baktérie, je však zrejmé, že to nie je ideálne.

Bakteriofágy medzitým zacieľujú iba na úzky rozsah kmeňov v rámci rovnakého bakteriálneho druhu.

Navyše sa replikujú iba vtedy, ak sa ich cieľové baktérie nachádzajú v miestnej oblasti. Dohromady to znamená, že napadnú iba požadovanú baktériu a pokračujú v replikácii, až kým nevymažú infekciu.

Priatelia na celý život

Bakteriofágy sa v ranom štádiu pripájajú k ľudskej ceste. Jedna štúdia skúmala mekónium - prvé hovienko novorodenca - a nenašla nijaké dôkazy o vírusoch.

Len jeden týždeň po narodení však každý gram hovienka dieťaťa obsahoval asi 100 miliónov vírusových častíc, z ktorých väčšinu tvorili bakteriofágy. Náš virom je skutočne celoživotným spoločníkom.

Každý človek má zreteľný výber bakteriofágov, ktoré sa súhrnne označujú ako fágómy. Ľudia, ktorí majú zhruba rovnakú stravu, majú viac podobností, ale celkovo sa fág každého jednotlivca veľmi líši.

Od symbiózy k dysbióze

Bakteriofágy, ako už bolo spomenuté, ničia baktérie. V niektorých situáciách však môžu byť bakteriofágy prospešné pre populáciu baktérií.

V čreve existujú bakteriofágy prevažne ako profágy. V tomto štádiu je ich genetický kód začlenený do genómu baktérie a je pripravený na produkciu bakteriofágov, ak sú aktivované.

V tomto okamihu ich života nie je bakteriofág pre baktériu škodlivý - existujú v symbióze.

Pretože si baktérie môžu navzájom vymieňať genetický materiál, môže sa medzi jednotlivými baktériami prenášať aj genetický kód prorokov.

Môžu si vymieňať „gény spojené s rezistenciou na antibiotiká, virulenciou alebo metabolickými cestami medzi rôznymi bakteriálnymi druhmi.“ To by mohlo prospieť niektorým bakteriálnym druhom, čo by im potenciálne umožnilo rozšíriť si svoje miesto. Rast však môže byť na úkor iných kolónií baktérií v čreve.

„Profágy sú symbiotické s ich hostiteľskými baktériami a tieto baktérie sú symbiotické pre naše telo. Fágy preto môžu nepriamo poskytovať úžitok mnohobunkovému organizmu, ako je človek, nad rámec toho, čo jeho hostiteľské bakteriálne bunky pocítia okamžite. “

Len čo sa aktivujú profágy - napríklad v čase stresu alebo ak je hostiteľská baktéria v nebezpečenstve - môžu spôsobiť rozsiahlu zmenu v mikrobiálnej komunite čriev.

Prechod od neškodného profága k takzvanému lytickému fágu môže vymazať spoločenstvá baktérií, čo potenciálne poskytne „zlým“ baktériám určitý priestor na dýchanie a umožní im zaplniť prázdnotu.

Toto sa nazýva miešanie v komunite a môže viesť k dysbióze - mikrobiálnej nerovnováhe.

Od dysbiózy po diagnostiku

Dysbióza je spojená s rôznymi stavmi, vrátane zápalových ochorení čriev, syndrómu chronickej únavy, obezity, Clostridium difficile (C. rozdiel) infekcia a kolitída. Vedci si však stále nie sú istí úlohou bakteriofágov v týchto podmienkach.

V týchto prípadoch môže dôjsť k dysbióze prostredníctvom iných mechanizmov. Prípadne to môže byť skôr príznak stavu, ako príčina.

Vedci pozorovali zmeny v črevných baktériách u prekvapivo rozmanitej škály chorôb, vrátane cukrovky typu 2, schizofrénie, depresie, úzkosti, Parkinsonovej choroby a mnohých ďalších.

Pretože bakteriofágy prevažujú nad baktériami v našich vnútornostiach a spoliehajú sa na ich replikáciu, musia byť buď ovplyvnené, alebo zapojené do akýchkoľvek výkyvov.

Bakteriofágy nemusia viesť k zmenám v čreve - zmeny, ktoré musia byť doplnené, nemusia viesť k ochoreniu. Namiesto toho môžu byť populácie bakteriofágov zmenené, pasívne, zmenami v črevných baktériách.

Bude náročné preskúmať, či je príliv a odliv bakteriofágových spoločenstiev dôležitý pre zdravie a choroby. Ale aj keď to nie je kľúčové v patológii choroby, spozorovanie týchto výkyvov môže mať ďalšie výhody.

Ako príklad existuje potenciál použiť virom ako diagnostický marker. Vedci napríklad identifikovali zmeny špecifické pre črevný viróm u ľudí so zápalovým ochorením čriev, čo je notoricky známy problém diagnostikovať.

Problémy s vírusmi

Štúdium baktérií nie je ani zďaleka ľahké; sú predsa neuveriteľne malé. Baktérie majú obvykle priemer 0,4–10 mikrometrov. Pre predstavu: 10 mikrometrov je iba jedna stotina milimetra alebo štyri desaťtisíciny palca.

Vírusy sú však ešte menšie, majú iba 0,02–0,4 mikrometra.

Okrem ťažkostí spojených s prácou v takom malom rozsahu spôsobujú vírusy ďalšie problémy.

Ak chcú vedci pochopiť, ktoré bakteriálne druhy sa vyskytujú v ktorejkoľvek populácii, získajú genetickú informáciu.

Z toho izolujú konkrétne časti kódu a priraďujú ich k existujúcim databázam; najčastejšie používajú 16S rRNA gén. Tento konkrétny gén sa nachádza takmer vo všetkých bakteriálnych druhoch a v priebehu evolučného času zostal relatívne nezmenený.

Niektoré oblasti 16S RNA sa však považujú za hypervariabilné. Rozdiely medzi týmito regiónmi umožňujú výskumníkom identifikovať druhy.

Na druhej strane vírusy nezdieľajú medzi druhmi ekvivalentné gény. Toto, až donedávna, takmer znemožňovalo štúdium viromu, pokroky v sekvenovaní ďalšej generácie však pomaly búrajú bariéry.

V tejto fáze nie je úloha vírusov v ľudskom zdraví zďaleka taká jasná ako ich úloha v chorobe.

Z tohto dôvodu sa tiež zdá vysoko pravdepodobné, že vírusy hrajú podstatnú úlohu pri udržiavaní zdravého tela. Iba s pokrokom vo výskumných technikách sa pochopí ich plný vplyv.

Vzhľadom na bezprostredné obavy z rezistencie na antibiotiká bude možno opäť obnovený záujem o bakteriofág venovať viac času tomuto záhadnému prvku lekárskej vedy.

Porozumenie súhry medzi komponentmi nášho mikrobiómu bude stále ťažko získanou informáciou; ako vysvetľuje jeden príspevok:

"Zloženie črevného mikrobiómu nie je rovnaké počas niekoľkých životných etáp alebo dokonca počas hodín toho istého dňa."

Toto bude určite dlhá bitka.