Хотя роль «полезных» вирусов в организме человека до сих пор остается неясной, мы постепенно разгадываем значимость вирусных “помощников”. В статье мы рассмотрим немного недооцениваемый аспект микробиома – виром.
Вопрос роли бактерий и микробиома человека занимает центральное место в современных медицинских исследованиях. И хотя мы ещё очень далеки от ответов на многие вопросы последних исследований, сегодня можно утверждать, что без индивидуального для каждого человека флота «добрых» микроогранизмов, так называемого микробиома, наш организм не смог бы функционировать. Однако медицина постоянно развивается, изучая возникающие вопросы. И пока мы пытаемся разобраться в одном из самых сложных взаимодействий — между бактериями и здоровьем человека, своего решения ждёт уже следующая проблема: роль вирома.
Что такое виром?
Со словом «микробиом» мы, как правило, ассоциируем бактерии, однако чисто технически микробиом – это совокупность всех микроорганизмов в определенной среде. Некоторые учёные используют этот термин в отношении совокупности генетического материала микроорганизмов. Таким образом, кроме бактерий микробиом включает вирусы (виром) и грибы (микобиома), которые на сегодняшний день еще не полностью изучены.
В человеческом организме вирусы легко поселяются в ряде экологических ниш, особенно на слизистых носа, полости рта, носоглотки и кишечника.
Вирусы известны тем, что вызывают такие заболевания как оспа, гепатит, ВИЧ, бешенство. Поэтому в силу серьёзности вирусных инфекции, данный аспект занимает львиную долю времени исследователей. Однако большинство вирусов не имеют ни малейшего интереса к человеческим клеткам.
Бактериофаги
Учёные считают виром «крупнейшей, самой разнообразной и динамичной частью микробиома», и большинство вирусов в кишечнике — бактериофаги. Везде, где есть бактерии, бактериофаги в изобилии.
По мнению некоторых исследователей, «бактериофаги являются самыми распространёнными формами жизни на земле, которые практически вездесущи… Некоторые пресноводные источники содержат до 10 миллиардов бактериофагов на 1 мм».
Бактериофаги заражают бактерии, командуя их клеточным механизмом и используют его для воспроизведения генетического материала. Из этого очевидно, что бактерии кишечника влияют на здоровье и болезни, поэтому неудивительно, что вирусы, заражающие бактерии кишечника, также играют большую роль.
Лечение бактериофагами
В период с 1920-х по 1950-е годы исследователи пытались понять, могут ли бактериофаги быть использованы в лечении бактериальных инфекций. В конце концов, эти вирусы искусно уничтожают патогенные микроорганизмы человека.
Учёные обнаружили, что терапия бактериофагами является и эффективной, и, что не менее важно, протекает без побочных эффектов. Когда были изобретены антибиотики, данный вид терапии остался в тени: антибиотики было достаточно просто производить, и они уничтожали широкий спектр бактерий. Однако сегодня благодаря высокотехнологическим возможностям одновременно с устрашающим фоном устойчивости к антибиотикам, интерес к фаготерапии может получить новый всплеск.
Бактериофаги нацелены на узкий диапазон бактерий
Бактериофаги воспроизводятся только, если их целевые бактерии находятся в определенной области. Таким образом, они атакуют только целевые бактерии и продолжают размножаться до тех пор, пока не уничтожат инфекцию.
Бактериофаги поселяются в нашем организме практически в начале жизни. При исследовании мекония (содержимого кишечника новорожденного) признаков вирусов не было обнаружено. Однако в одном грамме испражнений младенца, которому лишь 1 неделя, уже содержится около 100 млн частиц вирусов, и большинство из них — бактериофаги. Так что виром – наш пожизненный компаньон.
От симбиоза к дисбиозу
Как уже было сказано, бактериофаги разрушают бактерии. Тем не менее, в некоторых случаях они могут приносить и пользу популяции бактерий.
В кишечнике бактериофаги преимущественно существуют как профаги (генетически активная часть бактериофага). На этой стадии их генетический код включен в геном бактерии, готовой к производству бактериофагов в случае активации. На этом этапе жизни бактериофаг не вреден для бактерии, они существуют в симбиозе. Но поскольку бактерии могут обмениваться друг с другом генетическим материалом, генетический код профагов может передаваться между отдельными бактериями. Они могут обмениваться «генами, связанными с устойчивостью к антибиотикам, вирулентностью или метаболическими связями между различными видами бактерий». Это может принести пользу некоторым видам бактерий, позволив им расширить свою нишу. Однако такой рост будет возможен за счёт других колоний бактерий в кишечнике.
Если профаги активизируются, например, при стрессе, или когда бактерия-хозяин в опасности, они могут вызвать большие изменения в микробном сообществе кишечника. Переход от безвредного профага к так называемому литическому фагу может уничтожить целые сообщества бактерий, потенциально предоставляя жизненное пространство «плохим» бактериям и позволяя им заполнить пустоту. Подобные процессы могут привести к дисбиозу — микробному дисбалансу.
От дисбиоза к диагнозу
Дисбиоз связан с рядом заболеваний, например, с такими как воспалительные заболевания кишечника, синдром хронической усталости, ожирение, колит и др. Однако учёные до сих пор не уверены, какую роль в этих заболеваниях играют бактериофаги. Во всех этих случаях дисбиоз может быть спровоцирован и другими механизмами. Кроме того, он может быть симптомом, а не причиной.
Учёные наблюдают изменения в бактериальной среде кишечника при разнообразном спектре заболеваний, включая ревматоидный артрит, шизофрению, тревожные состояния, болезнь Паркинсона и многие другие.
Проблемы в изучении вирусов
Исследование бактерий является сложным процессом – они невероятно малы по размеру, обычно 0,4-10 микрометров в ширину. Для понимания картины: 10 микрометров — это одна сотая миллиметра (или четыре десятитысячных дюйма). Вирусы же ещё меньше, 0,02–0,4 микрометров.
Помимо сложностей в изучении вирусов, связанных с их размером, существуют и другие проблемы. Так, например, если ученые хотят понять, какие виды бактерий присутствуют в какой-то определённой популяции, они должны извлечь генетическую информацию. Для этого они изолируют определённые участки кода и сопоставляют его с существующей базой данных; обычно используют ген 16S РНК. Именно он присутствует почти во всех видах бактерий, и за эволюционный период он остался относительно неизменённым.
У вирусов же нет эквивалентных генов, и этот факт делает изучение и исследование вирома весьма затруднительным, хотя благодаря современным технологиям какие-то шаги уже сделаны.
Заключение
Из всего сказанного можно заключить, что роль вирусов для здоровья человека такая же ясная, как и их роль в болезнях. Это означает, что вирусы имеют большое значение в поддержании здорового организма. И только развитие исследовательских технологий поможет полностью изучить и понять данный вопрос.
Учитывая неотложную проблему устойчивости к антибиотикам, можно надеяться, что возобновление интереса к бактериофагу позволит ученым уделять больше времени этому загадочному элементу в медицинской науке.
Понять взаимосвязь между всеми компонентами нашего микробиома – большая проблема, поскольку «состав микробиома кишечника меняется в течение нескольких стадий жизни и даже в течение нескольких часов» (Charikleia Stefanaki).
Научная статья по теме: бактериофаги помогут в лечении супермикробов.
Переводчик. Автор статей.
