Проаналізувавши людські випорожнення, вчені ідентифікували 54118 видів вірусів, більшість з яких виявилися вірусами бактерій — бактеріофагами

Останнім часом зростає інтерес науковців до людської мікробіоти — мікроорганізмів, що мешкають на нашій шкірі та слизових і чинять значний вплив на наше здоров’я. Мабуть, найбільша кількість симбіонтної флори живе в людському кишечнику: вона бере участь у перетравленні їжі, захисті від патогенів, дозріванні імунної системи та модуляції її активності та навіть впливає на вищу нервову діяльність.

На сьогодні кишкова мікробіота людини — найкраще вивчена мікробна екосистема в світі, хоча досі понад 70% видів бактерій не вдалося виростити в культурі в лабораторних умовах. Це відомо завдяки застосуванню методів метагеноміки — генетичного аналізу матеріалу, отриманого з того чи іншого середовища. Сіквенс всієї ДНК такого матеріалу надає миттєвий «знімок» всього живого, що в конкретний момент опинилося в зразку. Метагеноміка показала, наскільки далеко сучасна наука знаходиться від того, щоб визначити та виділити всі кишкові бактерії, та ще далі — від того, щоб розібратися з кишковими вірусами.

Вчені за допомогою комп’ютерних програм проаналізували 11810 метагеномів фекальних зразків, отриманих у людей із 24 країн*. Вони мали на меті визначити, яка частка геномів кишкових мешканців припадає на віруси. Результатом дослідження стало створення «Метагеномного каталогу кишкових вірусів» (Metagenomic Gut Virus catalog), що на сьогодні є найбільшим подібним ресурсом. Каталог містить 189680 вірусних геномів, що представляють понад 50000 видів вірусів. Цікаво, що понад 90% з них науці невідомі. Разом вони кодують більше 450 тис. різних білків, що потенційно можуть бути корисними або шкідливими для бактерій та, відповідно, певним чином впливати на людину.

Найбільш поширеним генетичним елементом у проаналізованих фагових геномах є так звані «ретроелементи, що генерують різноманіття» (diversity-generating retroelements  — DGRs). Вони спричиняють мутації у специфічних генах-мішенях, щоб створювати якнайбільше варіантів для постійного відбору оптимальних у еволюційних перегонах з бактеріями-господарями.

Після ідентифікації фаги треба було пов’язати з бактеріями-господарями. Для цього вчені скористалися особливостями системи CRISPR — своєрідної імунної системи бактерій, що пам’ятає вірусні інфекції та попереджає їх повторення. Бактерії копіюють та зберігають у власному геномі фрагменти вірусних генів, щоб впізнати та зруйнувати вірус у разі чергового вторгнення. Ці копії можуть розповісти, для яких фагів бактерія є господарем в кишковій екосистемі.

Цілком закономірно найбільш поширені в кишечнику види вірусів були пов’язані з найбільш поширеними в цій екосистемі видами бактерій — переважно представниками типів Firmicutes і Bacteroidota.

Яка користь в дослідженні кишкових вірусів? Вельми перспективним напрямком застосування отриманої інформації є фаготерапія, а саме спрямований вплив на мікробіоту людини за допомогою бактеріофагів. Якщо дієта, антибіотики, пробіотики, пребіотики та інші сучасні підходи чинять загальний неспецифічний вплив на мікробіоту, то фаготерпія може забезпечити тонке модулювання її складу. Наприклад, фаги можуть бути ефективним засобом терапії інфекції Clostridioides difficile, що розвивається переважно внаслідок тривалої антибіотикотерапії.

Хоча автори вже мають великий обсяг інформації щодо вірусів – компонентів нормальної кишкової мікробіоти людини, вони визнають, що «познайомилися» лише з частиною цього величезного «всесвіту» та до повної картини ще довгий шлях.

* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L et al. Metagenomic compendium of 189,680 DNA viruses from the human gut microbiome. Nat Microbiol, 2021; 6: 960–970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6