Studie vindt unieke virale vingerafdruk voor elke menselijke darm

We hebben een robuust startpunt gemaakt om te zien hoe het virome eruit ziet bij mensen. Als we de virussen kunnen karakteriseren die ons gezond houden, we kunnen die informatie misschien gebruiken om toekomstige therapieën te ontwerpen voor pathogenen die anders niet met medicijnen kunnen worden behandeld."

Olivier Zablocki, studie co-auteur, postdoctoraal onderzoeker in de microbiologie aan de Ohio State

De studie is vandaag (24 augustus) gepubliceerd in het tijdschrift Celgastheer en microbe .

Praten over de goede en slechte bacteriën in het darmmicrobioom is tegenwoordig gemeengoed, maar virussen in de darm - en overal - zijn moeilijk te detecteren omdat hun genomen geen gemeenschappelijke kenmerkende gensequentie bevatten die het genoom van bacteriën wel heeft. Zoveel van de enorme sequentieruimte van virussen blijft onontgonnen, dat er vaak naar wordt verwezen als 'donkere materie'.

Voor dit werk, de onderzoekers begonnen met gegevens van 32 onderzoeken van ongeveer een decennium waarin in totaal 1 naar darmvirussen was gekeken. 986 gezonde en zieke mensen in 16 landen. Met behulp van technieken om virusgenomen te detecteren, het team identificeerde meer dan 33, 000 verschillende virale populaties.

"We gebruikten machinaal leren van bekende virussen om ons te helpen de onbekende virussen te identificeren, " zei eerste auteur Ann Gregory, die dit werk voltooide terwijl ze een afgestudeerde student was aan de Ohio State. "We waren geïnteresseerd in hoeveel soorten virussen we in de darm konden zien, en we bepaalden dat door hoeveel soorten genomen we konden zien, omdat we de virussen niet visueel konden zien."

Hun analyse bevestigde bevindingen van kleinere studies die suggereren dat hoewel een paar virale populaties werden gedeeld binnen een subset van mensen, er is geen kerngroep van darmvirussen die alle mensen gemeen hebben.

Er werden enkele trends geïdentificeerd, echter. Bij gezonde westerse individuen leeftijd beïnvloedt de diversiteit van virussen in de darm, die aanzienlijk toeneemt van kindertijd tot volwassenheid, en neemt vervolgens af na de leeftijd van 65. Het patroon komt overeen met wat bekend is over eb en vloed van darmbacteriële diversiteit, met één uitzondering:de ingewanden van zuigelingen met een onderontwikkeld immuunsysteem wemelen van een reeks virustypen, maar weinig bacteriesoorten.

Mensen die in niet-westerse landen wonen, hadden een hogere darmvirusdiversiteit dan westerlingen. Gregory zei dat ander onderzoek heeft aangetoond dat niet-westerse individuen die naar de Verenigde Staten of een ander westers land verhuizen, die microbioomdiversiteit verliezen, wat suggereert dat voeding en omgeving virome-verschillen veroorzaken. (Bijvoorbeeld, de wetenschappers vonden enkele intacte plantenvirussen in de darm - de enige manier om daar te komen is via het dieet.) Variaties in virale diversiteit konden ook worden gezien bij gezonde versus zieke deelnemers in de 32 geanalyseerde onderzoeken.

"Een algemene vuistregel voor ecologie is dat een grotere diversiteit leidt tot een gezonder ecosysteem, " Gregory zei. "We weten dat meer diversiteit aan virussen en microben gewoonlijk wordt geassocieerd met een gezonder individu. En we zagen dat gezondere individuen een grotere diversiteit aan virussen hebben, wat aangeeft dat deze virussen mogelijk iets positiefs doen en een gunstige rol spelen."

Bijna alle populaties - 97,7 procent - waren fagen, dat zijn virussen die bacteriën infecteren. Virussen hebben geen functie zonder gastheer - ze drijven in een omgeving totdat ze een ander organisme infecteren, profiteren van zijn eigenschappen om kopieën van zichzelf te maken. De meest bestudeerde virussen doden hun gastheercellen, maar wetenschappers in het Ohio State-lab waarin Gregory en Zablocki werkten, hebben steeds meer faagachtige virussen ontdekt die naast hun gastheermicroben bestaan ​​en zelfs genen produceren die de gastheercellen helpen concurreren en overleven.

De leider van dat laboratorium, senior studie auteur Matthew Sullivan, heeft zijn zinnen gezet op "faagtherapie" - het 100 jaar oude idee om fagen te gebruiken om antibioticaresistente pathogenen of superbacteriën te doden.

"Fagen maken deel uit van een enorm onderling verbonden netwerk van organismen die bij ons en op ons leven, en wanneer breedspectrumantibiotica worden gebruikt om infecties te bestrijden, ze schaden ook ons ​​natuurlijke microbioom, " zei Sullivan. "We bouwen een toolkit uit om ons begrip en onze mogelijkheden om fagen te gebruiken om verstoorde microbiomen terug af te stemmen op een gezonde toestand, op te schalen.

"Belangrijk, zo'n therapeutisch middel zou niet alleen ons menselijk microbioom moeten beïnvloeden, maar ook dat bij andere dieren, planten en gemanipuleerde systemen om ziekteverwekkers en superbacteriën te bestrijden. Ze kunnen ook een basis vormen voor iets dat we in de wereldzeeën zouden moeten overwegen om klimaatverandering tegen te gaan."

Een professor in de microbiologie en civiele, milieu- en geodetische techniek, Sullivan heeft geholpen bij het opzetten van interdisciplinaire onderzoekssamenwerkingen in de staat Ohio. Hij heeft onlangs het nieuwe Center of Microbiome Science van Ohio State opgericht en geleid en is mede-directeur van het Microbial Communities-programma van het Infectious Diseases Institute.

Zablocki merkte op dat er nog veel te leren is over de functies van virussen in de darm - zowel gunstig als schadelijk.

"Ik zie het als de kip en het ei, " zei hij. "Wij zien de ziekte en wij zien de gemeenschapsstructuur. Was het vanwege deze gemeenschapsstructuur dat de ziekte optrad, of veroorzaakt de ziekte de gemeenschapsstructuur die we zien? Met deze gestandaardiseerde dataset kunnen we die vragen onderzoeken."

• Gezondheidsexperts geven richtlijnen voor wetenschappelijk onderzoek naar synbiotica
• Blijvende aard van IBD gekoppeld aan een langlevende immuuncel die schadelijke ontstekingen veroorzaakt