Vírusové spolubývajúce v čreve Viac ako hnačky a zvracanie BioinfoWorlds
Ľudská črevná flóra je vlastný ekosystém. Jeden gram črevného obsahu obsahuje viac živých vecí ako ľudia na Zemi. Črevná flóra zachránila obraz baktérií. To je viac ako hromada baktérií, ktoré potrebujeme pre svoje trávenie. Črevná flóra hrá rozhodujúcu úlohu pre zdravie človeka, a tým samozrejme aj pre choroby. Pojem „flóra“ - v skutočnosti rastlinný svet - je trochu zavádzajúci a, prísne povedané, pozostatkom z dôb, keď boli do rastlinnej ríše stále priradené baktérie. Dnes radšej hovoríme o črevnom mikrobióme.
Ak sa uvádza črevný mikrobióm, myslí sa tým predovšetkým baktérie v čreve. Veľká pozornosť sa venovala bakteriálnej zložke čreva. Len včera som držal v ruke aktuálny „Spiegel“ s krycím príbehom o superorganickom čreve: „Baktérie v našich črevách detoxikujú, trénujú imunitný systém, regulujú trávenie.“ Ich užitočná funkcia u zdravých ľudí je známa a je veľa faktorov. ktoré ovplyvňujú zloženie - strava, vek, choroba, lieky - sú už dobre pochopené. V posledných rokoch sa tiež uskutočňoval intenzívny výskum s cieľom dešifrovať jeho úlohu pri chorobách. Bakteriálna zložka čreva sa spája s rôznymi chorobami, od gastrointestinálnych a autoimunitných chorôb až po ochorenia pečene a centrálneho nervového systému.
Črevné vírusy: problém s obrazom
Črevný mikrobióm sa nevzťahuje iba na baktérie, ale na celé množstvo mikroorganizmov, ktoré kolonizujú črevá ľudí a zvierat. Patria sem aj takzvané archea (tiež jednobunkové organizmy bez bunkového jadra), ale aj eukaryoty (organizmy s bunkovým jadrom; tu hlavne huby). Vírusovej zložke mikrobiómu (skrátene „črevný vírus“) sa doteraz nevenovala takmer žiadna pozornosť. O vírusoch v čreve sa toho vie len málo a je potrebné ešte preskúmať ich význam pre zdravie a chorobu. O vírusoch sa nezmieňuje ani nemecký článok o črevnej flóre na Wikipedii. Ak si vygooglite črevné vírusy, narazíte na bežne známe patogény, ktoré nás trápia hnačkami a zvracaním. V skutočnosti vieme, že väčšina vírusov (a mikroorganizmov všeobecne) nie je pre ľudí, rastliny alebo zvieratá patogénna. Takže je čas uložiť obraz vírusu čreva.
Exkurz: metagenomika
Hlavnými dôvodmi, prečo sa vírusom (v čreve) nevenovala toľko pozornosti, boli technické dôvody. Pre klasický mikrobiologický výskum bolo potrebné najskôr kultivovať mikroorganizmy, aby bolo možné ich následne identifikovať pomocou sekvenovania. Väčšinu mikroorganizmov (odhady sú viac ako 99%) bohužiaľ nemožno kultivovať vôbec (alebo by sme mali povedať, že zatiaľ nikto nenašiel spôsob, ako ich kultivovať). Metagenomika, ktorá je možná iba vďaka technologickému pokroku v molekulárnej genetike, poskytuje nápravu. Myšlienka za tým: Vezmite vzorku životného prostredia (pôdu, morskú vodu, čelné sklo alebo exkrementy) a extrahujte z nej všetok genetický materiál.
Metagenomika priniesla obrat aj vo virológii. Ak ste sa predtým veľmi konkrétne zaujímali o vírusy, ktoré v tele vyvolali chorobný stav, vďaka metagenomike s vysokovýkonným sekvenovaním sa chystáte na expedície do oblasti ekológie vírusov. Prvý vírusový metagenóm bol sekvenovaný zo vzorky oceánu v roku 2002. Odvtedy metagenomika odhalila obrovskú mikrobiálnu biodiverzitu v mnohých rôznych prostrediach. Na ťažko diagnostikovaných prípadoch sa na klinikách čoraz viac využíva metagenomika. Je však tiež potrebné povedať, že experimentálne a bioinformatické metódy metagenomiky vírusov zatiaľ nedosiahli konsenzus. Aj odborníci na metagenomiku hovoria o „temnej hmote“, keď popisujú vírusové sekvencie, ktoré nachádzajú v metagenómoch.
Späť v črevách
Prvá publikácia, ktorá sa zmienila o intestinálnom vírusu, sa objavila v roku 2003. V tom istom roku boli sekvenované prvé bakteriofágy z ľudských výkalov (rovnaká pracovná skupina, ktorá sekvenovala prvý metagenom vírusu zo vzorky oceánu). Bakteriofágy sú vírusy, ktoré napádajú baktérie a archea. Sú to najčastejšie obyvatelia čreva. Črevný vírus obsahuje aj eukaryotické vírusy, ktorých hostiteľmi sú napríklad plesne v čreve alebo samotní ľudia. Súčasťou vírusu sú aj vírusy, ktoré prechádzajú gastrointestinálnym traktom ako súčasť našej stravy (napríklad rastlinné vírusy). Patogénny účinok eukaryotických črevných vírusov je dobre známy (gastrointestinálna chrípka spôsobená norovírusmi alebo rotavírusmi). Pretože črevné vírusy sú prítomné u všetkých (dokonca aj zdravých) ľudí, predpokladá sa, že tiež hrajú dôležitú úlohu v rovnováhe tela; iba zatiaľ o tom neexistujú nijaké dôkazy.
CrAssphage: Nie počítačový vírus, ale pomenovaný podľa softvéru
Zatiaľ čo v roku 2014 nemal CrAssphage známych príbuzných, v roku 2017 bolo objavených množstvo príbuzných vírusov a bola opísaná nová rodina fágov podobných CrAss.
Všetky rovnaké alebo každý jedinečný?
Keď sa CrAssphage vyskytne u tak veľkej časti populácie, prirodzene sa vynára otázka, či sa v čreve nachádza nejaký druh nukleárneho vírusu, ktorý je spoločný pre všetkých ľudí. Otázka ešte nie je objasnená, faktom však je, že v črevách mnohých ľudí sa nachádzajú ďalšie vírusy, vrátane ďalších predstaviteľov fágov podobných CrAss. Pri porovnaní črevného vírusu u dospelých sa však tiež zistilo, že jeho zloženie je u každého jedinca jedinečné. Už poznáme niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú naše vírusové zloženie v čreve: príbuzní, strava, spôsob narodenia a samozrejme choroby. Zdá sa, že spôsob podania (t.j. prirodzený verzus cisársky rez) ovplyvňuje vírusové zloženie v čreve ešte viac ako bakteriálne zloženie.
Na otázku, ako sa skladá črevný vírus, priamo nadväzuje otázka jeho vplyvu na zdravie človeka. Úloha črevného vírusu pri chorobách zďaleka nie je adekvátne preskúmaná. Existujú však už súvislosti s niektorými chorobami, vrátane zápalových ochorení čriev, cukrovky typu I a rakoviny hrubého čreva. Podvýživu pozná aj črevný vírus, zostáva však nejasné, či je zmenené zloženie príčinou alebo následkom choroby.
Od detského čreva po dospelé črevo: stabilita v priebehu času
To, či sú črevá novorodencov úplne sterilné, alebo nie, je stále predmetom diskusií. Ihneď po narodení je vystavený a kolonizovaný enormným počtom mikroorganizmov. Stabilné spoločenstvo týchto organizmov sa formuje v nasledujúcich týždňoch a mesiacoch. Viroma sa drasticky mení v prvých týždňoch života: viac ako polovica vírusov zo vzoriek stolice v prvom týždni života už nie je zistiteľná v druhom týždni. Bakteriofágy dominujú pri skorej kolonizácii čreva po narodení a je pravdepodobnejšie, že pochádzajú z prostredia ako od matky alebo potravy. Je zaujímavé, že najväčšie množstvo a rozmanitosť fágov sa pozoruje v prvých mesiacoch života a časom sa výrazne znižujú. Bakteriálna zložka črevného mikrobiómu sa vyvíja presne naopak.
Eukaryotické vírusy sa tiež zistili vo vzorkách stolice dojčiat, a to aj bez toho, aby tieto deti vykazovali akýkoľvek klinický obraz. Na druhej strane sa ich bohatstvo zvyšuje s vekom, pravdepodobne preto, že tieto vírusy prijímame z prostredia.
Na rozdiel od drastických zmien vo virome detského čreva sa zdá, že zdravý črevný vírus dospelého človeka je časom pomerne stabilný. Napriek tomu vírusy prirodzene mutujú aj v našich črevách. Môže sa stať, že sa do dvoch rokov zmenia natoľko, že sa z nich vyvinul nový druh. To môže byť tiež dôvodom interpersonálnych rozdielov v črevnom vírusu.
Baktérie vs fág
Prečo študovať multidimenzionálny ekosystém zameraním sa iba na jednu dimenziu?
Zostáva povedať, že stále nevieme takmer nič o našom črevnom vírusu. Potrebujeme väčšie pozdĺžne štúdie zamerané na bakteriálne a vírusové zložky črevného mikrobiómu. A potrebujeme lepšie bioinformatické analýzy vírusov. Väčšina vírusových sekvencií v štúdiách metagenómu zostáva stále neidentifikovaná („temné mučenie“). Z tohto dôvodu nie sú hodnotenia úplné a vo výsledkoch výskumu sú vždy rozpory. Do budúcnosti je dôležité, aby sme nielen pokračovali v skúmaní baktérií v čreve, ale predovšetkým sledovali aj úlohu fágov: Ako menia bakteriofágy zloženie a funkciu bakteriálnych zložiek čreva a aký majú vplyv na naše zdravie v dôsledku toho?