Первая в мире база данных включает тысячи вирусов в микробиоме кишечника

Исследователи из Университета штата Огайо создали первый каталог вирусных популяций, обитающих в кишечнике человека. Исследование, получившее название «База данных кишечных виромов», предполагает, что вирусная популяция кишечника каждого человека так же уникальна, как и отпечатки пальцев.

Микробиом кишечника стал основным объектом исследований за последние несколько лет после того, как было обнаружено, что триллионы микроорганизмов, живущих в нашей пищеварительной системе, играют ключевую роль в поддержании здоровья человека.

Подавляющее большинство этих организмов в нашем кишечнике — это бактерии, но микробиом кишечника — это не просто массивная бактериальная популяция — он также состоит из паразитов, грибов и вирусов.

Составить каталог этих других обитателей микробиома непросто. У вирусов, в отличие от бактерий, отсутствуют универсальные геномные маркеры.

Фактически, от 40 до 90 процентов вирусных геномных последовательностей известны как «вирусная темная материя», что означает, что они не совпадают с какими-либо известными эталонными вирусными последовательностями.

Поэтому первым шагом исследователей было собрать данные из десятков предыдущих исследований вирусов в кишечнике человека. Окончательный набор данных охватывал почти 2000 человек из 16 стран.

«Мы использовали машинное обучение на известных вирусах, чтобы помочь нам идентифицировать неизвестные вирусы», — объясняет автор Энн Грегори. «Нас интересовало, сколько типов вирусов мы можем видеть в кишечнике, и мы определили это по тому, сколько типов геномов мы могли видеть, поскольку мы не могли видеть вирусы визуально».

В результате исследования было каталогизировано 33 242 уникальных вирусных популяции, и был создан новый справочный ресурс с открытым исходным кодом под названием «База данных кишечных виромов».

Чтобы установить эффективность новой базы данных, исследователи искали закономерности в данных. Первоначально они обнаружили, что разнообразие вирома (так называется совокупность вирусов) в кишечнике увеличивается с возрастом, но, кажется, уменьшается после 65 лет.

Эта модель напоминает возрастные модели разнообразия, наблюдаемые в популяциях кишечных бактерий, но одно было обнаружено заметное исключение. В кишечнике младенцев с дисфункциональной иммунной системой наблюдается заметное вирусное разнообразие, но ограниченное бактериальное разнообразие.

«Общее практическое правило экологии состоит в том, что большее разнообразие ведет к более здоровой экосистеме», — говорит Грегори. «Мы знаем, что большее разнообразие вирусов и микробов обычно связано с более здоровым человеком. И мы увидели, что более здоровые люди, как правило, имеют большее разнообразие вирусов, что указывает на то, что эти вирусы могут потенциально делать что-то положительное и иметь полезную роль».

Еще одно интересное открытие нового исследования — подавляющее большинство занесенных в каталог вирусов были фагами. Также известные как бактериофаги, это чрезвычайно распространенные вирусы, которые прикрепляются к бактериям и размножаются внутри них.

Мэтью Салливан, старший автор исследования, предполагает, что существует своего рода симбиотическая связь между фагами и бактериями в микробиоме кишечника, и говорит, что новая база данных виромов кишечника станет важным инструментом для любого исследователя, планирующего терапевтическое лечение, основанное на модуляции микробиома кишечника.

«Фаги являются частью обширной взаимосвязанной сети организмов, которые живут с нами и в нас, и когда антибиотики широкого спектра действия используются для борьбы с инфекцией, они также наносят вред нашему естественному микробиому», — объясняет Салливан. «Мы создаем инструментарий для расширения нашего понимания и возможностей использования фагов для настройки нарушенных микробиомов обратно в здоровое состояние».

Исследование добавляет еще один сложный слой к микробиому кишечника. Неясно, как эти вирусы могут влиять на общее состояние здоровья людей, но ученые отмечают, что это исследование показывает, что основной группы вирусов, общих для кишечника всех людей, не существует.

Фактически, разнообразие кишечного вирома таково, что индивидуальная вирусная популяция каждого человека может быть такой же уникальной, как и их отпечатки пальцев. Ученые говорят, что новая база данных — первый шаг к выяснению того, вызывают ли кишечные вирусы болезни человека или они просто находятся под влиянием болезни.

Новое исследование было опубликовано в журнале Cell Host & Microbe.