Что пять лет изучения содержимого подгузников рассказали о вирусном разнообразии в кишечнике здоровых младенцев
Вирусы обычно ассоциируются с болезнями. Но наши тела полны как бактерий, так и вирусов, которые постоянно размножаются и взаимодействуют друг с другом в желудочно-кишечном тракте. Хотя мы десятилетиями знали, что кишечные бактерии у маленьких детей жизненно важны для защиты от хронических заболеваний в дальнейшей жизни, наши знания о множестве вирусов там минимальны.
Несколько лет назад это побудило профессора Копенгагенского университета Денниса Сандриса Нильсена глубже изучить этот вопрос. В результате команда исследователей из COPSAC (Копенгагенские проспективные исследования астмы в детстве) и Департамента пищевых наук UCPH, среди прочих, пять лет изучала и картировала содержимое подгузников 647 здоровых датских годовалых детей.
«Мы обнаружили исключительное количество неизвестных вирусов в фекалиях этих детей. Не просто тысячи новых видов вирусов — к нашему удивлению, вирусы представляли более 200 семейств ещё не описанных вирусов. Это означает, что с раннего возраста здоровые дети живут с экстремальным разнообразием кишечных вирусов, которое, вероятно, оказывает большое влияние на то, разовьются ли у них различные заболевания позже в жизни», — говорит профессор Деннис Сандрис Нильсен, старший автор статьи об исследовании, опубликованной в Nature Microbiology.
Исследователи обнаружили и картировали в общей сложности 10 000 видов вирусов в фекалиях детей — в десять раз больше, чем видов бактерий у тех же детей. Эти виды вирусов распределены по 248 различным вирусным семействам, из которых ранее были известны только 16. Оставшиеся 232 неизвестных семейства исследователи назвали в честь детей, чьи подгузники сделали исследование возможным. В результате появились новые семейства, такие как Sylvesterviridae, Rigmorviridae и Tristanviridae.
Бактериальные вирусы — наши союзники
«Это первый раз, когда было составлено такое систематическое представление о разнообразии кишечных вирусов. Это создает совершенно новую основу для понимания важности вирусов для развития нашего микробиома и иммунной системы. Наша гипотеза заключается в том, что поскольку иммунная система ещё не научилась отделять зерна от плевел в возрасте одного года, возникает необычайно высокое видовое разнообразие кишечных вирусов, и оно, вероятно, необходимо для защиты от хронических заболеваний, таких как астма и диабет, позже в жизни», — заявляет Шираз Шах, первый автор и старший исследователь в COPSAC.
Девяносто процентов вирусов, обнаруженных исследователями, являются бактериальными вирусами — известными как бактериофаги. Эти вирусы используют бактерии в качестве хозяев и не атакуют собственные клетки детей, то есть не вызывают заболеваний. Гипотеза состоит в том, что бактериофаги в основном служат союзниками.
«Мы исходим из предположения, что бактериофаги в значительной степени ответственны за формирование бактериальных сообществ и их функции в нашей кишечной системе. Некоторые бактериофаги могут предоставить бактерии-хозяину свойства, которые делают её более конкурентоспособной, интегрируя свой собственный геном в геном бактерии. Когда это происходит, бактериофаг может увеличить способность бактерии поглощать, например, различные углеводы, тем самым позволяя бактерии метаболизировать больше веществ», — объясняет Деннис Сандрис Нильсен.
«Также кажется, что бактериофаги помогают поддерживать баланс кишечного микробиома, сдерживая отдельные бактериальные популяции, что гарантирует отсутствие чрезмерного количества одного вида бактерий в экосистеме. Это немного похоже на популяции львов и газелей в саванне», — говорит он.
Шираз Шах добавляет: «Ранее научное сообщество в основном сосредотачивалось на роли бактерий в отношении здоровья и болезней. Но вирусы — это третья ножка табурета, и нам нужно узнать о них больше. Вирусы, бактерии и иммунная система, скорее всего, взаимодействуют и влияют друг на друга в некоем балансе. Любой дисбаланс в этих отношениях, скорее всего, увеличивает риск хронических заболеваний».
Оставшиеся 10% вирусов, обнаруженных у детей, являются эукариотическими — то есть используют клетки человека в качестве хозяев. Они могут быть как друзьями, так и врагами для нас:
«Наводит на размышления, что все дети носят в себе 10–20 таких типов вирусов, которые заражают человеческие клетки. Таким образом, происходит постоянная вирусная инфекция, которая, по-видимому, не делает их больными. Мы просто очень мало знаем о том, что на самом деле происходит. Я предполагаю, что они важны для обучения нашей иммунной системы распознавать инфекции позже. Но также может быть, что они являются фактором риска для заболеваний, которые нам ещё предстоит открыть», — говорит Деннис Сандрис Нильсен.
Могут играть важную роль при воспалительных заболеваниях
Исследователям ещё предстоит выяснить, откуда берутся многочисленные вирусы у годовалых детей. Их лучший ответ на данный момент — окружающая среда:
«Наш кишечник стерилен до рождения. Во время родов мы подвергаемся воздействию бактерий от матери и окружающей среды. Вероятно, что некоторые из первых вирусов приходят вместе с этими первоначальными бактериями, в то время как многие другие попадают позже через грязные пальцы, домашних животных, грязь, которую дети берут в рот, и другие вещи в окружающей среде», — говорит Деннис Сандрис Нильсен.
Как отмечает Шираз Шах, вся эта область исследований говорит об огромной глобальной проблеме здоровья:
«Многие исследования показывают, что большинство известных нам хронических заболеваний — от артрита до депрессии — имеют воспалительный компонент. То есть иммунная система работает не так, как должна, — возможно, потому что она не была должным образом обучена. Поэтому, если мы узнаем больше о роли, которую бактерии и вирусы играют в хорошо обученной иммунной системе, это, надеюсь, позволит нам избежать многих хронических заболеваний, которые поражают сегодня так много людей».
Исследовательские группы начали изучать роль кишечных вирусов в связи с рядом различных заболеваний, возникающих в детстве, таких как астма и СДВГ.
О бактериофагах
- Обычно существует два типа бактериофагов. Вирулентные бактериофаги захватывают бактерию и производят внутри неё 30–100 новых вирусных частиц. После этого бактериальная клетка взрывается изнутри, и новые вирусные частицы выходят в окружающую среду. Вирулентные бактериофаги помогают поддерживать баланс кишечной экосистемы.
- Умеренные бактериофаги могут размножаться, интегрируя свой генетический материал в геном клетки-хозяина. Когда клетка делится, делится и бактериофаг. Умеренные бактериофаги помогают передавать новые гены бактериям, делая их более конкурентоспособными. Однако есть также исследования, предполагающие, что дисбаланс в популяции умеренных бактериофагов связан с различными заболеваниями, например, воспалительными заболеваниями кишечника.
О вирусах
- Вирус — это микроорганизм, состоящий из генома (ДНК или РНК), заключённого в белковую мембрану. Вирусы не могут размножаться самостоятельно. Вместо этого вирус атакует клетку-хозяина, которую использует для создания своих копий.
- Вирусы классифицируются на вирусные семейства, которые затем делятся на большее количество вирусных родов и видов. Более известным примером вирусного семейства является коронавирус, к которому относятся вирусы COVID-19, MERS, SARS и несколько вирусов простуды.