Hver persons tarmvirussammensætning er lige så unik som et fingeraftryk ifølge den første undersøgelse, der har samlet en omfattende database over viruspopulationer i det menneskelige fordøjelsessystem.
En analyse af vira i tarmene hos raske vesterlændinge viste også, at fald og toppe i mangfoldigheden af virustyper mellem barndom og alderdom afspejler bakterielle ændringer i løbet af livet.
The Gut Virome Database udviklet af Ohio State University-forskere identificerer 33.242 unikke viruspopulationer, der er til stede i den menneskelige tarm.(En samling af vira som dem i den menneskelige tarm kaldes et virom.) Dette er ikke årsag til alarm: De fleste vira forårsager ikke sygdom.
Faktisk, jo mere videnskabsmænd lærer om vira, jo mere ser de dem som en del af det menneskelige økosystem - hvilket tyder på, at vira har potentiale til at repræsentere en ny klasse af lægemidler, der kan bekæmpe sygdomsfremkaldende bakterier, især dem, der er resistente over for antibiotika. Bedre viden om vira i tarmmiljøet kunne endda forbedre forståelsen af de gastrointestinale symptomer, som nogle af de sygeste COVID-19-patienter oplever.
Forskerne planlægger at opdatere databasen med åben adgang regelmæssigt.
"Vi har etableret et robust udgangspunkt for at se, hvordan viromet ser ud hos mennesker," sagde undersøgelsens medforfatter Olivier Zablocki, en postdoc-forsker i mikrobiologi ved Ohio State. "Hvis vi kan karakterisere de vira, der holder os sunde, kan vi måske udnytte den information til at designe fremtidige terapeutiske midler til patogener, som ellers ikke kan behandles med lægemidler."
Undersøgelsen er offentliggjort i dag (24. august) i tidsskriftet Cell Host & Microbe.
Tal om de gode og dårlige bakterier i tarmmikrobiomet er almindeligt i disse dage, men vira i tarmen - og over alt - er svære at opdage, fordi deres genomer ikke indeholder en fælles signaturgensekvens, som bakteriegenomer gør. Så meget af det enorme sekvensrum af vira forbliver uudforsket, at det ofte omtales som "mørk stof."
Til dette arbejde startede forskerne med data fra 32 undersøgelser over omkring et årti, der havde set på tarmvirus hos i alt 1.986 raske og syge mennesker i 16 lande. Ved at bruge teknikker til at detektere virusgenomer identificerede holdet mere end 33.000 forskellige viruspopulationer.
"Vi brugte maskinlæring på kendte vira til at hjælpe os med at identificere de ukendte vira," sagde førsteforfatter Ann Gregory, som fuldførte dette arbejde, mens hun var kandidatstuderende ved Ohio State."Vi var interesserede i, hvor mange typer vira vi kunne se i tarmen, og vi bestemte, at ved hvor mange typer genomer vi kunne se, da vi ikke visuelt kunne se vira."
Deres analyse bekræftede resultater fra mindre undersøgelser, der tyder på, at selvom nogle få viruspopulationer blev delt inden for en undergruppe af mennesker, er der ingen kernegruppe af tarmvirus fælles for alle mennesker.
Der blev dog identificeret nogle få tendenser. Hos raske vestlige individer påvirker alderen mangfoldigheden af vira i tarmen, som øges markant fra barndom til voksen alder, og derefter falder efter 65 år. Mønsteret matcher, hvad der er kendt om ebbe og flod af tarmbakteriediversitet med én undtagelse: Spædbørns tarme med underudviklet immunsystem vrimler det med en række virustyper, men få bakterievarianter.
Folk, der bor i ikke-vestlige lande, havde større tarmvirusdiversitet end vesterlændinge. Gregory sagde, at anden forskning har vist, at ikke-vestlige individer, der flytter til USA eller et andet vestligt land, mister denne mikrobiomdiversitet, hvilket tyder på, at kost og miljø driver viromforskelle.(Forskerne fandt f.eks. nogle intakte plantevira i tarmen - den eneste måde for dem at komme dertil er gennem kosten.) Variationer i viral diversitet kunne også ses hos raske kontra syge deltagere i de 32 analyserede undersøgelser.
"En generel tommelfingerregel for økologi er, at højere diversitet fører til et sundere økosystem," sagde Gregory. "Vi ved, at mere mangfoldighed af vira og mikrober norm alt er forbundet med et sundere individ. Og vi så, at sundere individer har en tendens til at have en højere diversitet af vira, hvilket indikerer, at disse vira potentielt kan gøre noget positivt og have en gavnlig rolle."
Næsten alle populationer - 97,7 procent - var fager, som er vira, der inficerer bakterier. Virus har ingen funktion uden en vært - de driver i et miljø, indtil de inficerer en anden organisme, og udnytter dens egenskaber til at lave kopier af sig selv. De mest undersøgte vira dræber deres værtsceller, men forskere i Ohio State-laboratoriet, hvor Gregory og Zablocki arbejdede, har opdaget flere og flere vira af fag-type, der sameksisterer med deres værtsmikrober og endda producerer gener, der hjælper værtscellerne med at konkurrere og overleve.
Lederen af det laboratorium, seniorstudieforfatter Matthew Sullivan, har sit blik rettet mod "fagterapi" - den 100 år gamle idé om at bruge fager til at dræbe antibiotika-resistente patogener eller superbugs.
"Fager er en del af et stort indbyrdes forbundet netværk af organismer, der lever med os og på os, og når bredspektrede antibiotika bruges til at bekæmpe infektion, skader de også vores naturlige mikrobiom," sagde Sullivan. "Vi bygger et værktøjssæt til at skalere vores forståelse og evner til at bruge fager til at tune forstyrrede mikrobiomer tilbage mod en sund tilstand.
"Vigtigt er det, at et sådant terapeutisk middel bør påvirke ikke kun vores menneskelige mikrobiom, men også det i andre dyr, planter og konstruerede systemer til at bekæmpe patogener og superbugs. De kunne også danne grundlag for noget, vi måske skal overveje i verdenshavene for at bekæmpe klimaændringer."
Sullivan, en professor i mikrobiologi og civil-, miljø- og geodætisk teknik, har hjulpet med at etablere tværfaglige forskningssamarbejder i Ohio State. Han har for nylig grundlagt og leder Ohio State's nye Center of Microbiome Science og medleder Infectious Diseases Institute's Microbial Communities-program.
Zablocki bemærkede, at der stadig er meget at lære om funktionerne af vira i tarmene - både gavnlige og skadelige.
"Jeg ser det som hønen og ægget," sagde han. "Vi ser sygdommen, og vi ser samfundsstrukturen. Var det på grund af denne samfundsstruktur, at sygdommen opstod, eller er sygdommen årsag til samfundsstrukturen, som vi ser? Dette standardiserede datasæt vil gøre os i stand til at forfølge disse spørgsmål."
