Проаналізувавши зразки людського калу, вчені ідентифікували 54118 видів вірусів, більшість з яких виявились вірусами бактерій - бактеріофагами.

Останнім часом зростає інтерес вчених до мікробіоті людини — мікроорганізмів, що мешкають на нашій шкірі і слизових і значно впливають на наше здоров'я. Можливо, найбільша кількість симбіонтної флори живе у 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 — найбільш добре вивчена мікробна екосистема у світі, хоча досі понад 70% видів бактерій не вдалося виростити у культурі у лабораторних умовах. Це відомо завдяки застосуванню методів метагеноміка - генетичного аналізу матеріалу, отриманого за тим чи іншим середовищем. Сіквенс всієї ДНК такого матеріалу надає миттєвий «знімок» всього живого, у конкретний момент виявилося у зразку. Метагеноміка показала, наскільки далеко сучасна наука від того, щоб визначити і виділити всі кишкові бактерії, і ще далі — від того, щоб розібратися з кишковими вірусами.

Вчені за допомогою комп'ютерних програм проаналізували 11 810 метагеномів фекальних зразків, отриманих у людей з 24 країн*. Їхньою метою було визначити, яка частка геномів кишкових жителів припадає на віруси. Результатом дослідження стало створення "метагеномного каталогу кишкових вірусів" (Metagenomic Gut Virus catalog), який став найбільшим на сьогодні подібним ресурсом. Каталог містить 189680 вірусних геномів, що представляють більше 50 000 видів вірусів. Цікаво, що понад 90% із них науці невідомі. Разом вони кодують понад 450 тис. різних білків, які можуть бути корисними або шкідливими для бактерій і, відповідно, можуть надавати той чи інший вплив на людину.

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

Після ідентифікації фаги слід було пов'язати з бактеріями-господарями. Для цього вчені скористалися особливостями системи CRISPR — своєрідної імунної системи бактерій, яка «запам'ятовує» вірусні інфекції та запобігає їх повторенню. Бактерії копіюють і зберігають у власному геном фрагменти вірусних генів, щоб дізнатися і зруйнувати вірус у разі повторного вторгнення. Ці копії можуть розповісти, для яких фагів бактерія є господарем у кишковій екосистемі.

Цілком закономірно найпоширеніші у кишечнику види вірусів пов'язані з найпоширенішими у цій екосистемі видами бактерій — переважно представниками типів Firmicutes і Bacteroidota.

Яка користь у дослідженні кишкових вірусів? Дуже перспективним напрямом застосування отриманої інформації є фаготерапія, а саме спрямована дія на мікробіоту людини за допомогою бактеріофагів. Якщо дієта, антибіотики, пробіотики, пребіотики та інші сучасні підходи мають загальний неспецифічний вплив на мікробіоту, то фаготерпія може забезпечити тонке моделювання 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 малою частиною цього величезного «всесвіту» і до повної картини ще довгий шлях.

* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L та ін. Metagenomic compendium of 189,680 DNA viruses від людського gut microbiome. Nat Microbiol, 2021; 6: 960-970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6