Studier finner unike virale fingeravtrykk for hver menneskelig tarm

Hver persons tarmvirussammensetning er like unik som et fingeravtrykk, ifølge den første studien for å sette sammen en omfattende database over viruspopulasjoner i det menneskelige fordøyelsessystemet.

En analyse av virus i tarmen til friske vestlendinger viste også at fall og topper i mangfoldet av virustyper mellom barndom og alderdom speiler bakterielle endringer i løpet av levetiden.

Gut Virome -databasen utviklet av forskere fra Ohio State University identifiserer 33, 242 unike viruspopulasjoner som er tilstede i den menneskelige tarmen. (En samling virus som de i den menneskelige tarmen kalles virome.) Dette er ikke grunn til bekymring:De fleste virus forårsaker ikke sykdom.

Faktisk, jo flere forskere lærer om virus, jo mer de ser dem som en del av det menneskelige økosystemet - noe som tyder på at virus har potensial til å representere en ny klasse medisiner som kan bekjempe sykdomsfremkallende bakterier, spesielt de som er resistente mot antibiotika. Bedre kunnskap om virus i tarmmiljøet kan til og med forbedre forståelsen av de gastrointestinale symptomene som noen av de sykeste COVID-19-pasientene opplever.

Forskerne planlegger å oppdatere open-access-databasen med jevne mellomrom.

Vi har etablert et robust utgangspunkt for å se hvordan viromet ser ut hos mennesker. Hvis vi kan karakterisere virusene som holder oss friske, Vi kan kanskje utnytte denne informasjonen for å designe fremtidige terapier for patogener som ellers ikke kan behandles med medisiner. "

Olivier Zablocki, studere medforfatter, postdoktor i mikrobiologi ved Ohio State

Studien er publisert i dag (24. august) i tidsskriftet Cellvert og mikrobe .

Snakk om de gode og dårlige bakteriene i tarmmikrobiomet er vanlig i disse dager, men virus i tarmen - og overalt - er vanskelig å oppdage fordi genomene deres ikke inneholder en vanlig signatur -gensekvens som bakterienummer gjør. Så mye av den enorme rekkefølgen av virus forblir uutforsket at det ofte blir referert til som "mørk materie."

For dette arbeidet, forskerne startet med data fra 32 studier over omtrent et tiår som hadde sett på tarmvirus i totalt 1, 986 friske og syke mennesker i 16 land. Ved å bruke teknikker for å oppdage virusgener, teamet identifiserte mer enn 33, 000 forskjellige viruspopulasjoner.

"Vi brukte maskinlæring på kjente virus for å hjelpe oss med å identifisere de ukjente virusene, "sa første forfatter Ann Gregory, som fullførte dette arbeidet mens hun var utdannet student i Ohio State. "Vi var interessert i hvor mange typer virus vi kunne se i tarmen, og vi bestemte oss for hvor mange typer genom vi kunne se siden vi ikke visuelt kunne se virusene. "

Analysen deres bekreftet funn fra mindre studier som tyder på at selv om noen få viruspopulasjoner ble delt i en delmengde av mennesker, det er ingen kjernegruppe av tarmvirus som er felles for alle mennesker.

Noen trender ble identifisert, derimot. Hos friske vestlige individer, alder påvirker mangfoldet av virus i tarmen, som øker betydelig fra barndom til voksen alder, og reduseres deretter etter 65 år. Mønsteret samsvarer med det som er kjent om ebber og strømmer av tarmbakteriell mangfold med ett unntak:Spedbarns tarm med underutviklet immunsystem vrimler med en rekke virustyper, men få bakteriesorter.

Folk som bor i ikke-vestlige land hadde større mangfold i tarmvirus enn vestlige. Gregory sa at annen forskning har vist at ikke-vestlige individer som flytter til USA eller et annet vestlig land mister det mikrobiom-mangfoldet, noe som tyder på at kosthold og miljø driver virome forskjeller. (For eksempel, forskerne fant noen intakte plantevirus i tarmen - den eneste måten å komme seg dit er gjennom dietten.) Variasjoner i viralt mangfold kan også sees hos friske versus syke deltakere i de 32 analyserte studiene.

"En generell tommelfingerregel for økologi er at høyere mangfold fører til et sunnere økosystem, "Gregory sa." Vi vet at mer mangfold av virus og mikrober vanligvis er forbundet med et sunnere individ. Og vi så at friskere individer har en tendens til å ha et større mangfold av virus, indikerer at disse virusene potensielt kan gjøre noe positivt og ha en gunstig rolle. "

Nesten alle befolkningene - 97,7 prosent - var fag, som er virus som infiserer bakterier. Virus har ingen funksjon uten en vert - de driver i et miljø til de infiserer en annen organisme, utnytter egenskapene til å lage kopier av seg selv. De mest undersøkte virusene dreper vertscellene sine, men forskere i Ohio State-laboratoriet der Gregory og Zablocki jobbet, har oppdaget flere og flere fag-type virus som sameksisterer med vertsmikrober og til og med produserer gener som hjelper vertscellene til å konkurrere og overleve.

Lederen for laboratoriet, senior studie forfatter Matthew Sullivan, har siktet til "fagterapi"-den 100 år gamle ideen om å bruke fag for å drepe antibiotikaresistente patogener eller superbugs.

"Fager er en del av et stort sammenkoblet nettverk av organismer som lever med oss ​​og på oss, og når bredspektret antibiotika brukes til å bekjempe infeksjoner, de skader også vårt naturlige mikrobiom, "Sullivan sa." Vi bygger et verktøysett for å skalere vår forståelse og evne til å bruke fag til å stille forstyrrede mikrobiomer tilbake mot en sunn tilstand.

"Viktigere, en slik terapi bør påvirke ikke bare vårt menneskelige mikrobiom, men også at hos andre dyr, planter og konstruerte systemer for å bekjempe patogener og superbugs. De kan også danne grunnlag for noe vi må vurdere i verdenshavene for å bekjempe klimaendringer. "

En professor i mikrobiologi og sivil, miljø- og geodetikk, Sullivan har bidratt til å etablere tverrfaglige forskningssamarbeid i Ohio State. Han har nylig grunnlagt og ledet Ohio State nye Center of Microbiome Science og er meddirektør for Infectious Diseases Institute's Microbial Communities-program.

Zablocki bemerket at det fortsatt er mye å lære om funksjonene til virus i tarmen - både fordelaktig og skadelig.

"Jeg ser det som kyllingen og egget, "sa han." Vi ser sykdommen og vi ser samfunnsstrukturen. Var det på grunn av denne samfunnsstrukturen at sykdommen oppstod, eller forårsaker sykdommen samfunnsstrukturen vi ser? Dette standardiserte datasettet vil gjøre det mulig for oss å forfølge disse spørsmålene. "

• Helseeksperter gir retningslinjer for vitenskapelig undersøkelse av synbiotika
• Varig karakter av IBD knyttet til en langlivet immuncelle som fremkaller skadelig betennelse