Эволюция внутри: как вирусы и бактерии меняются внутри кишечника

Виром – так называется вирусная и бактериологическая среда организма, уникальная для каждого человека.

Попадая в организм, бактерии претерпевают в нём стремительные изменения; на основе уникальной среды каждый человек обладает собственной сопротивляемостью к болезням и восприимчивостью к лекарствам.

Люди представляют собой не просто сумму клеток, образующих ткани и органы. Пищеварительный тракт, например, является домом для огромных колоний бактерий всех сортов, а также множества вирусов, которые охотятся на эти бактерии.

Поскольку виды бактерий внутри организмов различных людей отличаются, не похожи и вирусные популяции, состав которых носит название виром (virome).

Отслеживая и анализируя виром одного человека на протяжении более чем двух лет, исследователи из Школы медицины Перельмана при Университете Пенсильвании во главе с профессором микробиологии Фредериком Д. Бушманом (Frederic D. Bushman) сделали важные выводы относительно того, какими путями вирусная популяция, и почему виромы разных людей могут кардинально отличаться. Эволюция и разнообразие виромов может повлиять на восприимчивость и устойчивость к болезням. Работа была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Большая часть вирома состоит из бактериофагов, вирусов, поражающих не клетки человеческого организма, а бактерии в нём . И всё же изменения, которые бактериофаги несут бактериям, отражаются на людях. «Бактериальные вирусы являются охотящимися на бактерии хищниками, сокращая их численность», говорит Бушман. «Бактериальные вирусы также транспортируют гены токсинов, факторы вирулентности, которые изменяют фенотип их бактериального хозяина». Таким образом, невинные, доброкачественные бактерии, живущие внутри организма, могут быть превращены вирусами в опасную угрозу.

16 раз за 884 дня исследователи собирали образцы стула здоровых мужчин и извлекали частицы вирусов с помощью нескольких методов. Затем они выделяли и анализировали ДНК смежных последовательностей с помощью сверхглубокого секвенирования генома.

«Мы собрали необработанные данные о последовательности для получения полных и частичных геномов и проанализировали, как они изменились за два с лишним года наблюдений». Результатом стала самая длинная, самая обширная картина работы человеческого вирома, полученная к настоящему моменту. Медики установили, что хотя около 80% известных вирусных типов в основном остались неизменными на протяжении исследования, определенные виды вирусов изменялись очень существенно. «Мы можем даже с полным основанием утверждать, что наблюдали за образованием новых видов».

Это было особенно заметно по группе Microviridae: это бактериофаги с одноцепочечными кольцевыми геномами ДНК. Ряд генетических механизмов побуждали изменения, включая замену базовых химических веществ; генерирующие разнообразие ретроэлементы, в которых обратная транскриптаза ферментов побуждает мутации генома; и CRISPRs (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, что значит «сгруппированные и регулярно прерываемые вставками короткие палиндромные повторы»), в которых части последовательности ДНК бактериофагов включены в качестве прокладки в геномы бактерий.

Такое быстрое развитие вирома было самым неожиданным открытием. Бушман отмечает, что «разные люди имеют совершенно разные бактерии в кишечнике, поэтому вирусные хищники у них также отличались. Ещё одной причиной, по которой виромы людей отличаются, является то, что некоторые вирусы, попадая внутрь человека, очень быстро меняются.

Таким образом, некоторые вирусные сообщества диверсифицируют и становятся уникальными в организме каждого человека».

Так как люди приобретают популяции бактерий и сопровождающие их виромы после рождения, от продуктов питания и многочисленных факторов окружающей среды, вполне логично, что микробное население, проживающее в каждом из нас, будет отличаться. Но эта работа, говорят исследователи, показывает, что не менее важным фактором является очень быстрая эволюция вирома в организме.

Этот факт имеет большое значение для того, каким образом восприимчивость и устойчивость к болезням может различаться у разных людей, как и эффективность лекарств для каждого отдельно взятого человека.

medbe.ru