Hvordan 'gode' virus kan påvirke helsen

Selv om rollen som “gode” virus i menneskers helse fremdeles er relativt mystisk, avslører vi sakte viktigheten av våre virale besøkende. I denne spesielle funksjonen introduserer vi en forsømt del av mikrobiomet - viromet.

Illustrasjon av bakteriofager som infiserer en bakterie.

For mer forskningsstøttet informasjon om mikrobiomet og hvordan det påvirker helsen din, vennligst besøk vårt dedikerte knutepunkt.

Rollen til bakterier og vårt mikrobiom i helse og sykdom er i forkant av medisinsk forskning.

Vi er langt fra å svare på de mange spørsmålene de siste funnene har stilt, men det er nå fastslått at uten vår personlige flåte av "vennlige" mikroorganismer - vårt mikrobiom - ville vi ikke trives.

Medisinsk vitenskap sitter imidlertid ikke på bakbenet; øynene er alltid rettet mot horisonten, og anstrenger seg for å beskrive formen på ting skjult i det fjerne.

Når vi sliter med å plukke ut de nesten uutholdelig komplekse interaksjonene mellom bakterier og helse, venter den neste utfordringen allerede i vingene: viromens rolle.

Hva er viromet?

Når vi hører ordet ”mikrobiom”, tenker vi straks på bakterier, men teknisk sett er mikrobiomet summen av alle mikroorganismer i et bestemt miljø. Noen forskere bruker begrepet for å referere til summen av det genetiske materialet til disse mikroorganismene.

Så bortsett fra bakterier, inkluderer mikrobiomet også virus (virom) og sopp (mykobiomet), blant andre besøkende. Hittil har forskere betalt relativt lite oppmerksomhet til viromet eller mykobiomet.

Virus har gjort seg hjemme i en rekke økologiske nisjer i menneskekroppen, spesielt på slimhinneoverflater, slik som innsiden av nese og munn og slimhinnen i tarmen.

I denne funksjonen vil vi konsentrere oss om tarmviromet fordi det er det største antallet virale beboere og har blitt undersøkt mest.

Selvfølgelig er virus mest kjent for å forårsake sykdommer, som kopper, hepatitt, HIV og rabies. På grunn av hasten forbundet med virussykdom, har dette aspektet tatt hovedparten av forskernes tid. Imidlertid har mange virus ikke den minste interesse for humane celler.

Vi introduserer bakteriofagen

Forskere anser viromet som "den største, mest varierte og mest dynamiske delen av [mikrobiomet", og de fleste virusene i tarmene våre er bakteriofager. Uansett hvor det er bakterier, er det bakteriofager i overflod.

Som andre forskere forklarer: “Fager er de mest utbredte livsformene på jorden, og er nesten allestedsnærværende. […] Noen ferskvannskilder kan inneholde opptil 10 milliarder per [milliliter]. ”

Bakteriofager infiserer bakterier, kommanderer cellemaskineriet og bruker det til å replikere genetisk materiale.

Det er nå helt klart at tarmbakterier påvirker helse og sykdom, så det er ingen overraskelse at også virus som infiserer tarmbakterier kan ha betydelig innflytelse.

Fagterapi

Fra 1920-tallet til 1950-tallet undersøkte forskere om bakteriofager kunne brukes til å behandle bakterielle infeksjoner. Tross alt er disse virusene dyktige i å ødelegge menneskelige patogener.

Forskere fant at fagterapi var både effektiv og, viktigere, fri for bivirkninger.

Da antibiotika ble oppdaget, falmet fagterapi i bakgrunnen. Antibiotika kunne fremstilles med relativt letthet, og de drepte et bredt spekter av bakteriearter.

Men med dagens høyteknologiske evner og den fryktinngytende bakgrunnen for antibiotikaresistens, kan interessen for fagterapi nyte en gjenoppblomstring.

En faktor som gjør fagterapi attraktiv er dens spesifisitet. Ofte tørker antibiotika ut et bredt spekter av bakteriearter. Nå som vi vet at "gode" bakterier lever i tarmen, er det imidlertid klart at dette ikke er ideelt.

Bakteriofager retter seg imidlertid bare mot et smalt utvalg av stammer innenfor samme bakteriearter.

I tillegg replikerer de bare hvis målbakteriene deres er i lokalområdet. Til sammen betyr dette at de bare angriper ønsket bakterie, og de fortsetter å replikere til de har utslettet infeksjonen.

Venner for livet

Bakteriofager blir med på den menneskelige reisen på et tidlig stadium. En studie undersøkte mekonium - en nyfødtes første poop - og fant ingen bevis for virus.

Imidlertid, bare en uke etter fødselen, inneholdt hvert gram av babyens bajonett omtrent 100 millioner viruspartikler, hvorav de fleste var bakteriofager. Vår virome er virkelig en livslang følgesvenn.

Hvert menneske har et tydelig utvalg av bakteriofager, som kollektivt kalles fagom. Mennesker som har omtrent samme diett, har flere likheter, men generelt varierer hvert enkelt persons fagom veldig.

Fra symbiose til dysbiose

Bakteriofager ødelegger som nevnt bakterier. Imidlertid kan bakteriofager i noen situasjoner være til fordel for populasjoner av bakterier.

I tarmen eksisterer bakteriofager overveiende som profager. I dette stadiet er deres genetiske kode innlemmet i genomet til en bakterie, klar til å produsere bakteriofager hvis aktivert.

På dette tidspunktet i livet er en bakteriofag ikke skadelig for en bakterie - de eksisterer i symbiose.

Fordi bakterier kan utveksle genetisk materiale med hverandre, kan den genetiske koden for profager også overføres mellom individuelle bakterier.

De kan utveksle "gener assosiert med antibiotikaresistens, virulens eller metabolske veier mellom forskjellige bakteriearter." Dette kan være til fordel for noen bakteriearter, og potensielt tillate dem å utvide sin nisje. Veksten kan imidlertid gå på bekostning av andre bakteriekolonier i tarmen.

“Profetene er symbiotiske for vertsbakteriene, og disse bakteriene er symbiotiske for kroppen vår. Derfor kan fager indirekte gi fordel for en flercellet organisme som [et] menneske utover det som oppleves umiddelbart av deres vertsbakterieceller. "

Når profager er utløst til å bli aktive - for eksempel i tider med stress eller hvis vertsbakterien er i fare - kan de forårsake en omfattende endring i tarmens mikrobielle samfunn.

Skiftet fra ufarlig profag til såkalt lytisk fag kan utslette bakteriesamfunn, noe som potensielt gir "dårlige" bakterier noe pusterom og lar dem fylle tomrommet.

Dette kalles community shuffling og kan føre til dysbiose - en mikrobiell ubalanse.

Fra dysbiose til diagnose

Dysbiose er assosiert med en rekke tilstander, inkludert inflammatorisk tarmsykdom, kronisk utmattelsessyndrom, fedme, Clostridium difficile (C. diff) infeksjon og kolitt. Forskere er imidlertid fortsatt usikre på hvilken rolle bakteriofager har under disse forholdene.

I disse tilfellene kan dysbiose forekomme via andre mekanismer. Alternativt kan det være et symptom på forholdene, snarere enn årsaken.

Forskere har observert endringer i tarmbakterier i et overraskende variert utvalg av sykdommer, inkludert diabetes type 2, schizofreni, depresjon, angst, Parkinsons sykdom og mange flere.

Fordi bakteriofager overstiger bakteriene i tarmene og stoler på at de replikerer, må de enten bli påvirket av eller involvert i svingninger.

Bakteriofager kan ikke føre til endringer i tarmen - endringer som, det må legges til, kanskje ikke driver sykdommen. I stedet kan bakteriofagpopulasjoner bare endres, passivt, av endringene i tarmbakteriene.

Om avstrømningen av bakteriofagsamfunn er viktig i helse og sykdom, vil være utfordrende å undersøke. Men selv om det ikke er sentralt i sykdommens patologi, kan det være andre fordeler å oppdage disse svingningene.

Som et eksempel er det potensialet for å bruke viromet som en diagnostisk markør. For eksempel har forskere identifisert sykdomsspesifikke endringer i tarmviromet hos personer med inflammatorisk tarmsykdom, som er en notorisk vanskelig tilstand å diagnostisere.

Problemet med virus

Å studere bakterier er langt fra lett; de er tross alt utrolig små. Bakterier er vanligvis 0,4–10 mikrometer tvers. For å gi litt sammenheng: 10 mikrometer er bare en hundredels millimeter eller fire ti tusendels tomme.

Virus er imidlertid enda mindre, med bare 0,02–0,4 mikrometer over.

Bortsett fra vanskelighetene med å jobbe i så liten skala, utgjør virus andre utfordringer.

Hvis forskere vil forstå hvilke bakteriearter som er tilstede i en gitt populasjon, trekker de ut genetisk informasjon.

Fra dette isolerer de bestemte kodestykker og matcher dem med eksisterende databaser; oftest bruker de 16S rRNA-genet. Dette spesielle genet kan bli funnet i nesten alle bakteriearter, og over evolusjonstid har det holdt seg relativt uendret.

Imidlertid er noen regioner av 16S RNA ansett som hypervariabel. Forskjeller mellom disse regionene tillater forskere å identifisere arter.

Virus, derimot, deler ikke noen tilsvarende gener blant arter. Dette, inntil relativt nylig, gjorde studiet av viromen nesten umulig, men fremskritt i neste generasjons sekvensering slår sakte ned barrierer.

På dette stadiet er virusenes rolle i menneskers helse ikke så klar som deres rolle i sykdommer.

Når det er sagt, virker det også svært sannsynlig at virus spiller en vesentlig rolle i å opprettholde en sunn kropp. Bare med fremskritt innen forskningsteknikker vil deres fulle innvirkning bli forstått.

Gitt de umiddelbare bekymringene for antibiotikaresistens, vil kanskje ny interesse for bakteriofagen se mer tid til dette mystiske elementet i medisinsk vitenskap.

Å forstå samspillet mellom komponentene i mikrobiomet vårt vil likevel være hardvinnet informasjon; som ett papir forklarer:

"Sammensetningen av tarmmikrobiomet er ikke den samme i flere livsfaser, eller til og med i løpet av samme dag."

Dette blir sikkert en lang kamp.