Studie findet einen einzigartigen viralen Fingerabdruck für jeden menschlichen Darm

Die Zusammensetzung der Darmviren jedes Menschen ist so einzigartig wie ein Fingerabdruck, laut der ersten Studie, die eine umfassende Datenbank von Viruspopulationen im menschlichen Verdauungssystem erstellt hat.

Eine Analyse von Viren in den Eingeweiden gesunder Westler zeigte auch, dass Einbrüche und Spitzen in der Vielfalt der Virustypen zwischen Kindheit und Alter die bakteriellen Veränderungen im Laufe des Lebens widerspiegeln.

Die von Wissenschaftlern der Ohio State University entwickelte Gut Virome Database identifiziert 33, 242 einzigartige Viruspopulationen, die im menschlichen Darm vorhanden sind. (Eine Ansammlung von Viren, wie sie im menschlichen Darm vorkommen, wird als Virom bezeichnet.) Dies ist kein Grund zur Besorgnis:Die meisten Viren verursachen keine Krankheiten.

Eigentlich, je mehr Wissenschaftler über Viren erfahren, je mehr sie sie als Teil des menschlichen Ökosystems betrachten - was darauf hindeutet, dass Viren das Potenzial haben, eine neue Klasse von Medikamenten zu repräsentieren, die krankheitserregende Bakterien bekämpfen könnten, insbesondere solche, die gegen Antibiotika resistent sind. Ein besseres Wissen über Viren in der Darmumgebung könnte sogar das Verständnis der Magen-Darm-Symptome bei einigen der schwersten COVID-19-Patienten verbessern.

Die Forscher planen, die Open-Access-Datenbank regelmäßig zu aktualisieren.

Wir haben einen soliden Ausgangspunkt geschaffen, um zu sehen, wie das Virom beim Menschen aussieht. Wenn wir die Viren charakterisieren können, die uns gesund halten, Wir könnten diese Informationen möglicherweise nutzen, um zukünftige Therapeutika für Krankheitserreger zu entwickeln, die sonst nicht mit Medikamenten behandelt werden können."

Olivier Zablocki, Mitautor der Studie, Postdoktorand in Mikrobiologie an der Ohio State

Die Studie wird heute (24. August) in der Zeitschrift veröffentlicht Zellwirt &Mikrobe .

Die Rede von guten und schlechten Bakterien im Darmmikrobiom ist heutzutage alltäglich. aber Viren im Darm – und überall – sind schwer zu entdecken, weil ihre Genome keine gemeinsame Signatur-Gensequenz enthalten, die Bakteriengenome haben. So viel von dem riesigen Sequenzraum von Viren bleibt unerforscht, dass er oft als "dunkle Materie" bezeichnet wird.

Für diese Arbeit, Die Forscher begannen mit Daten aus 32 Studien über etwa ein Jahrzehnt, in denen Darmviren in insgesamt 1 untersucht wurden. 986 gesunde und kranke Menschen in 16 Ländern. Mit Techniken zum Nachweis von Virusgenomen, das Team identifizierte mehr als 33, 000 verschiedene Viruspopulationen.

"Wir haben maschinelles Lernen bei bekannten Viren verwendet, um uns bei der Identifizierung der unbekannten Viren zu helfen. “ sagte die Erstautorin Ann Gregory, die diese Arbeit beendete, während sie ein Doktorand an der Ohio State war. „Uns interessierte, wie viele Arten von Viren wir im Darm sehen konnten. und wir haben festgestellt, an wie vielen Arten von Genomen wir sehen konnten, da wir die Viren nicht visuell sehen konnten."

Ihre Analyse bestätigte die Ergebnisse kleinerer Studien, die darauf hindeuteten, dass, obwohl einige Viruspopulationen innerhalb einer Untergruppe von Menschen verteilt waren, Es gibt keine Kerngruppe von Darmviren, die allen Menschen gemeinsam ist.

Einige Trends wurden identifiziert, jedoch. Bei gesunden westlichen Menschen das Alter beeinflusst die Vielfalt der Viren im Darm, die von der Kindheit bis zum Erwachsenenalter deutlich zunimmt, und nimmt dann nach dem 65. Lebensjahr ab. Das Muster entspricht dem, was über Auf und Ab der bakteriellen Vielfalt im Darm bekannt ist, mit einer Ausnahme:Der Darm von Säuglingen mit unterentwickeltem Immunsystem wimmelt von einer Reihe von Virustypen, aber wenige Bakterienarten.

Menschen, die in nicht-westlichen Ländern leben, hatten eine höhere Vielfalt an Darmviren als Menschen aus dem Westen. Gregory sagte, andere Untersuchungen hätten gezeigt, dass nicht-westliche Personen, die in die Vereinigten Staaten oder in ein anderes westliches Land ziehen, diese Mikrobiom-Vielfalt verlieren. darauf hindeuten, dass Ernährung und Umwelt Virom-Unterschiede treiben. (Zum Beispiel, die Wissenschaftler fanden einige intakte Pflanzenviren im Darm – der einzige Weg dorthin ist über die Nahrung.) In den 32 analysierten Studien konnten auch Unterschiede in der Virusvielfalt bei gesunden versus kranken Teilnehmern beobachtet werden.

„Eine allgemeine Faustregel für die Ökologie ist, dass eine höhere Vielfalt zu einem gesünderen Ökosystem führt, ", sagte Gregory. "Wir wissen, dass eine größere Vielfalt von Viren und Mikroben normalerweise mit einem gesünderen Individuum in Verbindung gebracht wird. Und wir haben gesehen, dass gesündere Menschen dazu neigen, eine größere Vielfalt an Viren zu haben, was darauf hindeutet, dass diese Viren möglicherweise etwas Positives bewirken und eine positive Rolle spielen."

Fast alle Populationen - 97,7 Prozent - waren Phagen, das sind Viren, die Bakterien infizieren. Viren haben ohne Wirt keine Funktion - sie driften in einer Umgebung, bis sie einen anderen Organismus infizieren, seine Eigenschaften ausnutzen, um Kopien von sich selbst zu erstellen. Die am besten untersuchten Viren töten ihre Wirtszellen, Wissenschaftler des Ohio State Labors, in dem Gregory und Zablocki arbeiteten, haben jedoch immer mehr Viren vom Phagentyp entdeckt, die mit ihren Wirtsmikroben koexistieren und sogar Gene produzieren, die den Wirtszellen helfen, zu konkurrieren und zu überleben.

Der Leiter dieses Labors, leitender Studienautor Matthew Sullivan, hat die "Phagentherapie" im Visier - die 100 Jahre alte Idee, mit Phagen antibiotikaresistente Krankheitserreger oder Superbugs abzutöten.

"Phagen sind Teil eines riesigen, miteinander verbundenen Netzwerks von Organismen, die mit uns und auf uns leben. und wenn Breitbandantibiotika zur Bekämpfung von Infektionen eingesetzt werden, sie schädigen auch unser natürliches Mikrobiom, ", sagte Sullivan. "Wir bauen ein Toolkit auf, um unser Verständnis und unsere Fähigkeiten zu skalieren, um Phagen zu verwenden, um gestörte Mikrobiome wieder in einen gesunden Zustand zu bringen.

„Wichtig, ein solches Therapeutikum sollte nicht nur unser menschliches Mikrobiom beeinflussen, aber auch das bei anderen Tieren, Pflanzen und konstruierte Systeme zur Bekämpfung von Krankheitserregern und Superbugs. Sie könnten auch eine Grundlage für etwas bieten, das wir in den Weltmeeren berücksichtigen müssen, um den Klimawandel zu bekämpfen."

Ein Professor für Mikrobiologie und zivile, Umwelt- und Geodäsie, Sullivan hat dazu beigetragen, disziplinübergreifende Forschungskooperationen im Bundesstaat Ohio aufzubauen. Vor kurzem gründete und leitet er das neue Zentrum für Mikrobiomwissenschaften des Bundesstaates Ohio und leitet das Programm für mikrobielle Gemeinschaften des Infectious Diseases Institute.

Zablocki stellte fest, dass es noch viel über die Funktionen von Viren im Darm zu lernen gibt – sowohl nützlich als auch schädlich.

"Ich sehe es als Huhn und Ei, “ sagte er. „Wir sehen die Krankheit und wir sehen die Gemeinschaftsstruktur. War es wegen dieser Gemeinschaftsstruktur, dass die Krankheit auftrat, oder verursacht die Krankheit die Gemeinschaftsstruktur, die wir sehen? Dieser standardisierte Datensatz wird es uns ermöglichen, diesen Fragen nachzugehen."

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