עשרות אלפי וירוסים שנמצאו בקקי אנושי אינם ידועים בעבר למדע

מיקרוסקופ אלקטרוני של בקטריופאג'ים על תא חיידקי. (Graham Beards/Wikipedia/CC BY-SA 3.0)

מחקר שפורסם היום ב מיקרוביולוגיה של הטבע זיהה 54,118 מינים של נגיף חיים במעיים האנושיים - 92 אחוז מהם לא היו ידועים בעבר.

אבל כפי שמצאנו ועמיתינו ממכון הגנום המשותף ומאוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה, רובם הגדול היו בקטריופאג'ים, או בקיצור 'פאגים'. אלה וירוסים 'אוכל' חיידקים ואינו יכול לתקוף תאים אנושיים.

כאשר רובנו חושבים על וירוסים, אנו חושבים על אורגניזמים שמדביקים את התאים שלנו במחלות כמו חזרת, חצבת או, לאחרונה, COVID-19 . עם זאת, יש מספר עצום של טפילים מיקרוסקופיים אלה בגופנו - בעיקר במעיים שלנו - המכוונים לחיידקים שחיים שם.



כולם עושים קקי (אבל לא כל הקקי אותו דבר)

לאחרונה יש עניין רב ב מיקרוביום מעי אנושי : אוסף המיקרואורגניזמים שחיים במעיים שלנו.

מלבד לעזור לנו לעכל את האוכל שלנו, לחיידקים הללו יש תפקידים חשובים רבים אחרים. הם מגנים עלינו מפני חיידקים פתוגניים, מווסתים את הרווחה הנפשית שלנו, מחזקים את המערכת החיסונית שלנו כשאנחנו ילדים, ויש להם תפקיד מתמשך בוויסות החיסון לבגרות.

זה הוגן לומר שהמעיים האנושיים הם כעת המערכת האקולוגית המיקרוביאלית הנחקרת ביותר על פני כדור הארץ. עדיין יותר מ-70 אחוז מהמינים החיידקיים שחיים שם טרם גדלו במעבדה.

אנו יודעים זאת מכיוון שאנו יכולים לגשת לשרטוטים הגנטיים של מיקרוביום המעי באמצעות גישה המכונה מטאנומיה . זוהי טכניקה רבת עוצמה שבה ה-DNA מופק ישירות מסביבה ומצוי ברצף אקראי, נותן לנו תמונת מצב של מה שקיים בפנים ומה הוא עשוי לעשות.

מחקרים מטאנומיים גילו כמה רחוק עוד צריך ללכת כדי לקטלג ולבודד את כל מיני החיידקים במעיים האנושיים - ואפילו רחוק יותר ללכת כשמדובר בנגיפים.

11,810 דגימות של קקי

במחקר החדש שלנו, אנחנו ועמיתינו כרינו באופן חישובי רצפים ויראליים מ-11,810 מטאנומים של צואה זמינים לציבור, שנלקחו מאנשים ב-24 מדינות שונות. רצינו לקבל מושג באיזו מידה נגיפים תופסים מקום במעיים האנושיים.

מאמץ זה הביא לקטלוג Metagenomic Gut Virus, המשאב הגדול ביותר עד כה. קטלוג זה כולל 189,680 גנומים נגיפיים המייצגים יותר מ-50,000 מינים ויראליים שונים.

למרבה הפלא (אך אולי באופן צפוי), יותר מ-90 אחוז מהמינים הנגיפים הללו הם חדשים למדע. הם מקודדים ביחד יותר מ-450,000 חלבונים שונים - מאגר עצום של פוטנציאל תפקודי שעשוי להיות מועיל או מזיק למארחים המיקרוביאליים שלהם, ובתורם האנושיים.

בדקנו גם תת-מינים של וירוסים שונים ומצאנו שחלקם הראו דפוסים גיאוגרפיים בולטים ב-24 המדינות שנסקרו.

לדוגמה, תת-מין של המתואר לאחרונה וחידתי crAssphage היה נפוץ באסיה, אך היה נדיר או נעדר בדגימות מאירופה וצפון אמריקה. ייתכן שהסיבה לכך היא התרחבות מקומית של נגיף זה באוכלוסיות אנושיות ספציפיות.

אחת הפונקציות הנפוצות ביותר שגילינו בטיול השטח המולקולרי שלנו היו רטרו-אלמנטים המייצרים גיוון (DGRs). אלו הם מחלקה של אלמנטים גנטיים שמעבירים מוטציות לגנים יעד ספציפיים על מנת ליצור וריאציה שיכולה להיות מועילה למארח. במקרה של DGRs בווירוסים, זה עשוי לעזור במירוץ החימוש האבולוציוני המתמשך עם המארחים החיידקיים שלהם.

באופן מסקרן, גילינו שליש מהחלבונים הנפוצים ביותר המקודדים בוויראלי יש תפקידים לא ידועים, כולל יותר מ-11,000 גנים הקשורים רחוק ל'בטא-לקטמאסות', המאפשרים עמידות לאנטיביוטיקה כמו פניצילין.

קישור וירוסי מעיים למארחים המיקרוביאליים שלהם

לאחר שזיהינו את הפאג'ים, המשימה הבאה שלנו הייתה לקשר אותם למארחים המיקרוביאליים שלהם. CRISPRs , הידועים בעיקר ביישומים הרבים שלהם בעריכת גנים, הן מערכות חיסון חיידקיות ש'זוכרות' זיהומים ויראליים מהעבר ומונעות מהן לקרות שוב.

הם עושים זאת על ידי העתקה ואחסון של קטעים של הנגיף הפולש לתוך הגנום שלהם, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בהם כדי למקד ולהשמיד את הנגיף באופן ספציפי במפגשים עתידיים.

השתמשנו בתיעוד הזה של התקפות קודמות כדי לקשר רבים מהרצפים הוויראליים למארחים שלהם במערכת האקולוגית של המעיים. באופן לא מפתיע, מינים נגיפיים בשפע רב נקשרו למיני חיידקים בשפע במעיים, השייכים בעיקר למשפחת החיידקים Firmicutes ו-Bacteroidota.

אז מה אנחנו יכולים לעשות עם כל המידע החדש הזה? יישום מבטיח אחד של מלאי של נגיפי מעיים והמארחים שלהם הוא טיפול בפאג'. טיפול בפאג'ים הוא מושג ישן שקדם לאנטיביוטיקה, שבו וירוסים משמשים כדי למקד באופן סלקטיבי לפתוגנים חיידקיים על מנת לטפל בזיהומים.

חל דִיוּן של התאמה אישית של מיקרוביומות המעיים של אנשים באמצעות התערבויות תזונתיות, פרוביוטיקה, פרה-ביוטיקה או אפילו 'טרנספוזיות' (השתלות מיקרוביוטה צואה), כדי לשפר את בריאותו של אדם.

טיפול בפאג'ים עשוי להיות תוספת שימושית למטרה זו, על ידי הוספת דיוק של מינים או אפילו דיוק ברמת תת-המין למניפולציה של מיקרוביום. למשל, הפתוגן החיידקי Clostridioides difficile (או בקיצור Cdiff) הוא גורם מוביל לשלשול הנרכש בבית חולים שיכול להיות ממוקד במיוחד על ידי פאג'ים.

ניתן להשיג מניפולציה עדינה יותר של אוכלוסיות חיידקים לא פתוגניות במעיים באמצעות טיפול בפאג'. אוסף שלם של וירוסי מעיים הוא צעד ראשון שימושי למטרות יישומיות כאלה.

עם זאת, ראוי לציין שתחזיות מהנתונים שלנו מצביעות על כך שחקרנו רק חלק קטן מהמגוון הנגיפי הכולל של המעיים. אז יש לנו עוד דרך ארוכה לעבור.

פיליפ הוגהולץ , פרופסור למיקרוביולוגיה, בית הספר לכימיה וביו-מדעים מולקולריים, אוניברסיטת קווינסלנד ו סו ג'ן לואו , עמית מחקר פוסט דוקטורט, אוניברסיטת קווינסלנד .

מאמר זה פורסם מחדש מ השיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.