Открытие сотен вирусов кишечника человека даёт новый подход к изучению микробиома
Сотни новых вирусов, живущих внутри бактерий нашего кишечника, были обнаружены в международном исследовании под руководством профессора Джереми Дж. Барра из Школы биологических наук Университета Монаша и доцента Сэма Форстера из Института медицинских исследований Хадсона.
Эти вирусы, известные как бактериофаги, в будущем могут быть использованы для изменения микробиома кишечника, потенциально влияя на его здоровье и развитие различных заболеваний.
Опубликованное в журнале Nature, это исследование является первым в своём роде и использует крупномасштабный культуральный подход для выделения и изучения умеренных бактериофагов в кишечнике человека.
Исследовательская группа работала с 252 бактериальными изолятами из микробиома человека, полученными из Австралийской коллекции культур микробиома (AusMiCC).
Эти изоляты пришлось выращивать в лаборатории в специализированных анаэробных камерах без кислорода, а затем обрабатывать десятью различными соединениями, продуктами и условиями. Неожиданно команда обнаружила, что стевия (растительный заменитель сахара) и соединения, выделяемые нашими собственными клетками кишечника, являются ведущими активаторами кишечных фагов.
"Это фундаментальное исследование, которое меняет то, как мы думаем и изучаем вирусы в кишечнике человека", — сказал профессор Барр, старший автор исследования.
"Мы обнаружили, что соединения, вырабатываемые в клетках кишечника человека, могут "будить" спящие вирусы внутри кишечных бактерий. Это может иметь серьёзные последствия для заболеваний кишечника, таких как воспалительное заболевание кишечника (IBD), где обычны воспаление и гибель клеток".
Исследование также показало, что большинство кишечных бактериофагов находятся в спящем состоянии, и лишь небольшая их часть способна активироваться в проверенных условиях.
Однако при воздействии клеток кишечника человека скорость активации этих вирусов значительно возрастала, что позволяет предположить, что биология человека играет важную и прямую роль в формировании вирусного ландшафта кишечника.
"Мы знали, что кишечник полон вирусов, но до сих пор у нас не было инструментов и экспериментальных подходов для их изучения в лаборатории", — пояснила доктор София Дальман, первый автор исследования. — "Наши данные говорят о том, что организм человека — не просто пассивная среда, он активно влияет на поведение вирусов".
Используя генную инженерию на основе CRISPR, команда также выявила мутации в вирусных генах, которые предотвращают активацию, что даёт представление о том, как некоторые кишечные вирусы становятся постоянно неактивными. Это открытие может лечь в основу будущих терапевтических стратегий, направленных на манипулирование микробиомом кишечника для улучшения здоровья.
Исследование представляет собой результат более восьми лет совместной работы Университета Монаша и Института медицинских исследований Хадсона, а также нескольких других национальных и международных исследовательских групп.
Доцент Форстер считает, что это фундаментальное исследование будет иметь серьёзные последствия для здравоохранения.
"Возможность выращивать эти вирусы позволяет нам понять их функцию и даёт возможность разрабатывать методы терапии микробиома для заболеваний — от воспалительных заболеваний кишечника до рака. Эта технология также даёт возможность создавать пробиотические штаммы с заданными вирусными функциями", — сказал он.
Профессор Барр согласился, отметив: "Эта работа закладывает основу для будущих применений в синтетической биологии, биотехнологии и терапии микробиома; это большой шаг вперёд в расшифровке вирусной "тёмной материи" кишечника человека".