Kā “labi” vīrusi var ietekmēt veselību
Lai gan “labo” vīrusu loma cilvēku veselībā joprojām ir samērā noslēpumaina, mēs lēnām atšķetinām savu vīrusu apmeklētāju nozīmi. Šajā īpašajā iezīmē mēs ieviešam novārtā atstātu mikrobioma sadaļu - viromu.
Ilustrācija bakteriofāgiem, kas inficē baktēriju.
Lai iegūtu vairāk pētījumu atbalstītas informācijas par mikrobiomu un to, kā tas ietekmē jūsu veselību, lūdzu, apmeklējiet mūsu specializēto centru.
Medicīnisko pētījumu priekšgalā ir baktēriju un mūsu mikrobioma loma veselībā un slimībās.
Mēs esam tālu no atbildes uz daudzajiem jautājumiem, ko uzliek nesenie atklājumi, taču tagad ir stingri pierādīts, ka bez mūsu personīgā “draudzīgo” mikroorganismu flotes - mūsu mikrobioma - mēs neklātos.
Medicīnas zinātne tomēr nesēž uz spilveniem; tā acis vienmēr ir vērstas pie horizonta, sasprindzinot, lai aprakstītu tālu tālumā paslēpto lietu formu.
Kamēr mēs cenšamies izvēlēties gandrīz neciešami sarežģīto baktēriju un veselības mijiedarbību, nākamais izaicinājums jau gaida spārnus: viroma loma.
Kas ir viroms?
Dzirdot vārdu “mikrobiome”, mēs uzreiz domājam par baktērijām, bet tehniski mikrobioms ir visu mikroorganismu summa noteiktā vidē. Daži zinātnieki lieto šo terminu, lai apzīmētu šo mikroorganismu ģenētiskā materiāla summu.
Tātad, izņemot baktērijas, starp citiem apmeklētājiem mikrobiome ietver arī vīrusus (viromu) un sēnītes (mikobiomu). Līdz šim zinātnieki viromam vai mikobiomam ir pievērsuši salīdzinoši maz uzmanības.
Vīrusi ir kļuvuši par mājām dažādās cilvēka ķermeņa ekoloģiskajās nišās, īpaši uz gļotādas virsmām, piemēram, deguna un mutes iekšpusē un zarnu gļotādā.
Šajā īpašībā mēs koncentrēsimies uz zarnu viromu, jo tas uzņem visvairāk vīrusu iemītnieku un ir visvairāk izpētīts.
Protams, vīrusi ir visvairāk slaveni ar tādu slimību izraisīšanu kā bakas, hepatīts, HIV un trakumsērga. Ar vīrusu slimību saistītās steidzamības dēļ šis aspekts ir ieņēmis lielāko daļu pētnieku laika. Tomēr daudziem vīrusiem nav ne mazākās intereses par cilvēka šūnām.
Iepazīstinām ar bakteriofāgu
Zinātnieki uzskata, ka viroms ir “mikrobiomas lielākā, visdaudzveidīgākā un dinamiskākā daļa”, un lielākā daļa mūsu zarnās esošo vīrusu ir bakteriofāgi. Visur, kur ir baktērijas, ir daudz bakteriofāgu.
Kā paskaidro citi pētnieki: “Fāgi ir visizplatītākās dzīvības formas uz Zemes, kas praktiski ir visur sastopamas. […] Dažos saldūdens avotos var būt līdz 10 miljardiem uz [mililitru]. ”
Bakteriofāgi inficē baktērijas, pavada to šūnu mehānismu un izmanto to ģenētiskā materiāla atveidošanai.
Tagad ir pilnīgi skaidrs, ka zarnu baktērijas ietekmē veselību un slimības, tāpēc nav pārsteigums, ka arī vīrusiem, kas inficē zarnu baktērijas, var būt ievērojama ietekme.
Fāgu terapija
Laikā no 20. gadsimta 20. līdz 50. gadiem zinātnieki pētīja, vai bakteriofāgus var izmantot bakteriālu infekciju ārstēšanai. Galu galā šie vīrusi ir prasmīgi iznīcināt cilvēka patogēnus.
Zinātnieki atklāja, ka fāgu terapija bija gan efektīva, gan, vēl svarīgāk, bez blakusparādībām.
Kad tika atklātas antibiotikas, fāgu terapija izplēnēja otrajā plānā. Antibiotikas varēja ražot samērā viegli, un tās iznīcināja plašu baktēriju sugu spektru.
Tomēr, ņemot vērā mūsdienu augsto tehnoloģiju iespējas un drausmīgo antibiotiku rezistences fona, interese par fāgu terapiju var atjaunoties.
Viens faktors, kas padara fāgu terapiju pievilcīgu, ir tās specifika. Bieži vien antibiotikas iznīcina plašu baktēriju sugu spektru. Tagad, kad mēs zinām, ka zarnās dzīvo “labās” baktērijas, ir skaidrs, ka tas nav ideāli.
Tikmēr bakteriofāgi ir vērsti tikai uz šauru celmu diapazonu tajā pašā baktēriju sugā.
Turklāt tie atkārtojas tikai tad, ja viņu mērķa baktērijas atrodas vietējā teritorijā. Kopā tas nozīmē, ka viņi uzbrūk tikai vēlamajai baktērijai un turpina atkārtoties, līdz ir iznīcinājuši infekciju.
Draugi uz mūžu
Bakteriofāgi agrīnā stadijā pievienojas cilvēka ceļojumam. Vienā pētījumā tika pārbaudīts mekonijs - jaundzimušā pirmais kakls - un netika atrasti vīrusu pierādījumi.
Tomēr tikai 1 nedēļu pēc piedzimšanas katrā bērna kakas gramā bija apmēram 100 miljoni vīrusa daļiņu, no kurām lielākā daļa bija bakteriofāgi. Mūsu viroms patiešām ir pavadonis visa mūža garumā.
Katram cilvēkam ir atšķirīga bakteriofāgu atlase, ko kopā dēvē par fagomu. Cilvēkiem, kuriem ir aptuveni vienāda diēta, ir vairāk līdzību, taču kopumā katra indivīda fāgoms ļoti atšķiras.
No simbiozes līdz disbiozei
Bakteriofāgi, kā jau minēts, iznīcina baktērijas. Tomēr dažās situācijās bakteriofāgi var dot labumu baktēriju populācijām.
Zarnās bakteriofāgi pārsvarā eksistē kā propagāni. Šajā posmā viņu ģenētiskais kods tiek iekļauts baktērijas genomā, kas ir gatavs ražot bakteriofāgus, ja tie tiek aktivizēti.
Šajā dzīves posmā bakteriofāgs nav kaitīgs baktērijai - tās pastāv simbiozē.
Tā kā baktērijas var savstarpēji apmainīties ar ģenētisko materiālu, propagēnu ģenētisko kodu var pārnest arī starp atsevišķām baktērijām.
Viņi var apmainīties ar “gēniem, kas saistīti ar rezistenci pret antibiotikām, virulenci vai vielmaiņas ceļiem starp dažādām baktēriju sugām”. Tas varētu nākt par labu dažām baktēriju sugām, iespējams, ļaujot tām paplašināt savu nišu. Tomēr izaugsme varētu notikt uz citu zarnu baktēriju koloniju rēķina.
“Profāgi ir simbiotiski viņu saimniekorganismiem, un šīs baktērijas ir simbiotiskas mūsu ķermenim. Tāpēc fāgi var netieši dot labumu tādam daudzšūnu organismam kā [cilvēkam], kas pārsniedz to, ko tūlīt izjūt viņu saimniekorganismu šūnas. ”
Kad tiek aktivizēti prophāgi - piemēram, stresa laikā vai ja ir apdraudēta saimniekbaktērija -, tie var izraisīt plašas izmaiņas zarnu mikrobu kopienā.
Pāreja no nekaitīgas propagejas uz tā saukto lītisko fāgu var iznīcināt baktēriju kopienas, potenciāli nodrošinot “sliktajām” baktērijām nelielu elpošanas telpu un ļaujot tām aizpildīt tukšumu.
To sauc par sabiedrības sajaukšanos un tas var izraisīt disbiozi - mikrobu nelīdzsvarotību.
No disbiozes līdz diagnozei
Disbioze ir saistīta ar dažādiem apstākļiem, tostarp zarnu iekaisuma slimībām, hroniska noguruma sindromu, aptaukošanos, Clostridium difficile (C. dif) infekcija un kolīts. Tomēr pētnieki joprojām nav pārliecināti par bakteriofāgu lomu šajos apstākļos.
Šajos gadījumos disbioze var rasties, izmantojot citus mehānismus. Alternatīvi, tas varētu būt apstākļu simptoms, nevis cēlonis.
Pētnieki ir novērojuši zarnu baktēriju izmaiņas pārsteidzoši daudzveidīgā slimību diapazonā, tostarp 2. tipa diabētu, šizofrēniju, depresiju, trauksmi, Parkinsona slimību un daudz ko citu.
Tā kā bakteriofāgu skaits pārsniedz mūsu zarnās esošo baktēriju skaitu un paļaujas uz to pavairošanu, tās ir vai nu jāietekmē, vai jāpiedalās jebkurās svārstībās.
Bakteriofāgi, iespējams, neveicina izmaiņas zarnās - izmaiņas, kas, jāpiebilst, var arī neizraisīt šo slimību. Tā vietā bakteriofāgu populācijas var tikai pasīvi mainīt zarnu baktēriju izmaiņas.
To, vai bakteriofāgu kopienu bēgums un plūsma ir svarīga veselībai un slimībām, būs grūti izpētīt. Bet, pat ja tas nav galvenais slimības patoloģijā, šo svārstību novērošanai var būt citas priekšrocības.
Piemēram, ir iespējams izmantot viromu kā diagnostisko marķieri. Piemēram, zinātnieki ir identificējuši slimības specifiskas izmaiņas zarnu viromā cilvēkiem ar zarnu iekaisuma slimībām, kas ir ļoti grūti diagnosticējams stāvoklis.
Problēmas ar vīrusiem
Baktēriju pētīšana nebūt nav viegla; galu galā tie ir neticami mazi. Baktēriju platums parasti ir 0,4–10 mikrometri. Lai sniegtu kādu kontekstu: 10 mikrometri ir tikai simtdaļa milimetra vai četras desmit tūkstošdaļas collas.
Tomēr vīrusi ir vēl mazāki - tikai 0,02–0,4 mikrometri.
Neatkarīgi no grūtībām, kas raksturīgas darbam tik niecīgā mērogā, vīrusi rada citas problēmas.
Ja zinātnieki vēlas saprast, kuras baktēriju sugas atrodas kādā konkrētā populācijā, viņi iegūst ģenētisko informāciju.
No tā viņi izolē noteiktus koda fragmentus un pieskaņo tos esošajām datu bāzēm; visbiežāk viņi izmanto 16S rRNS gēnu. Šo konkrēto gēnu var atrast gandrīz visās baktēriju sugās, un evolūcijas laikā tas ir palicis samērā nemainīgs.
Tomēr daži 16S RNS reģioni tiek uzskatīti par hipervariējamiem. Atšķirības starp šiem reģioniem ļauj pētniekiem noteikt sugas.
No otras puses, vīrusiem nav līdzvērtīgu gēnu starp sugām. Tas līdz salīdzinoši nesen padarīja viroma izpēti gandrīz neiespējamu, taču nākamās paaudzes sekvencēšanas attīstība lēnām gāž barjeras.
Šajā posmā vīrusu loma cilvēku veselībā ne tuvu nav tik skaidra kā to loma slimībās.
Ņemot to vērā, šķiet arī ļoti iespējams, ka vīrusiem ir būtiska loma veselīga ķermeņa uzturēšanā. To pilnīga ietekme tiks izprasta tikai tad, ja būs sasniegti pētniecības paņēmieni.
Ņemot vērā tūlītējās bažas par rezistenci pret antibiotikām, iespējams, atjaunota interese par bakteriofāgu, veltīs vairāk laika šim noslēpumainajam medicīnas zinātnes elementam.
Tomēr izpratne par mūsu mikrobioma sastāvdaļu mijiedarbību būs grūti iegūta informācija; kā paskaidrots vienā rakstā:
"Zarnu mikrobioma sastāvs vairākos dzīves posmos vai pat vienas dienas stundās nav vienāds."
Tā noteikti būs ilga kauja.
