Darmbacteriën: de verrassende impact van virussen

Het microbioom speelt een cruciale rol bij de gezondheid. Een recente studie heeft onderzocht hoe virussen die darmbacteriën doden deze microben beïnvloeden. De bevindingen maken een al gecompliceerd beeld veel meer.

Bacteriofagen (hier afgebeeld) zijn talrijker dan bacteriën.

Bezoek onze speciale hub voor meer door onderzoek ondersteunde informatie over het microbioom en hoe het uw gezondheid beïnvloedt.

Het microbioom is zowel fascinerend als modieus.

De toename van de publieke belangstelling heeft gezorgd voor een boost in de financiering om de interacties tussen ons en onze darmbacteriën te bestuderen.

Wetenschappers hebben nu verbanden gevonden tussen het microbioom en een reeks aandoeningen, van diabetes en obesitas tot Parkinson en depressie.

Dankzij het hoge profiel van darmbacteriën staan ​​de schappen van supermarkten nu vol met probiotische producten.

Ondanks hun brede beschikbaarheid en populariteit zijn er echter weinig aanwijzingen dat ze veel voordelen bieden buiten een klein aantal specifieke omstandigheden.

Hoewel wetenschappers weten dat de microben in ons van vitaal belang zijn, is het nog ver weg om een ​​manier te bedenken om ze te matigen om de gezondheid te verbeteren en ziekten te bestrijden.

De belangrijkste reden hiervoor is de oogverblindende complexiteit van het microbioom. Het is niet een enkele, homogene entiteit, maar een wereld van microscopisch kleine wezens die met elkaar in wisselwerking staan, hun buren beïnvloeden en remmen, die in staat zijn elkaar te doden, te voeden en met elkaar te communiceren.

Op dit punt kunnen we al de enorme moeilijkheden zien om de ins en outs van het microbioom te begrijpen, maar sommige onderzoekers onderzoeken het volgende niveau van complexiteit: bacteriofagen.

Introductie van de bacteriofaag

Bacteriofagen, of kortweg fagen, zijn virussen die uitsluitend bacteriën vernietigen. Ongelooflijk, fagen overtreffen bacteriën; waar bacteriën zijn, zijn er fagen in schoppen.

Fagen zijn ook specifiek; ze hebben de neiging om slechts één soort of bacteriestam te vernietigen. Vóór de komst van antibiotica gebruikten wetenschappers fagen om infecties te bestrijden. Toen onderzoekers echter antibiotica ontdekten, namen ze de plaats in van fagen; antibiotica waren goedkoper en gemakkelijker te produceren dan fagen.

Nu de antibioticaresistentie toeneemt, bekijken sommige onderzoekers het idee van faagtherapie opnieuw.

Als fagen bacteriën doden, is de kans natuurlijk groot dat ze het microbioom beïnvloeden. Onderzoekers van het Brigham and Women’s Hospital en het Wyss Institute, beide in Boston, MA, zijn geïnteresseerd in hoe deze overvloedige virussen onze darmbacteriën kunnen beïnvloeden. Ze publiceerden de resultaten van hun meest recente onderzoek in het tijdschrift Cell Host & Microbe.

“Een van de grootste interesses in mijn lab is het begrijpen van de veranderingen in de dynamiek van het darmmicrobioom. Bacteriofagen zijn een enorm onderdeel van het microbioom, maar er is nog niet veel bestudeerd. "

Senior studie auteur Dr. Georg Gerber

Waar zijn fagen mee bezig?

Hoewel we weten dat fagen overvloedig aanwezig zijn in de darmen, weten we niet veel over hun gedrag.

"Sommige mensen onderzoeken faagtherapie en gebruiken fagen om microben te doden", zegt Dr. Gerber, "maar fagen worden ook van nature in de darmen aangetroffen, naast de rest van het ecosysteem. We wilden weten wat ze daarbinnen doen. "

Om dit te onderzoeken gebruikten de onderzoekers gnotobiotische muizen; ze hebben deze dieren zo grootgebracht dat er geen bacteriën op of in hen leven.

Om te beginnen introduceerden ze bij de muizen 10 soorten bacteriën die gewoonlijk in de menselijke darm voorkomen, waaronder Enterococcus faecalis en Escherichia coli.

Vervolgens voegden ze fagen toe die specifiek gericht waren op de bacteriën die ze in de muizen hadden getransplanteerd. Bijvoorbeeld, de T4-faag-doelen E coli, en de VD13-faagaanvallen E. faecalis​Vervolgens volgden ze het succes van elke microbe.

Fagen zijn specifieke jagers: elk type doodt slechts één type bacterie. Dus als de wetenschappers een faag bij de muizen introduceerden, zagen ze een afname van dat type bacteriën. De impact op andere bacteriën was echter verrassender.

Wijdverbreide verandering

De wetenschappers toonden aan dat hoewel een bepaalde faag slechts één bacteriesoort aanviel, die faag ook andere soorten zou treffen; sommige soorten bloeiden, terwijl andere afnamen.

Kijkend naar het grotere plaatje, beoordeelden de onderzoekers ook de reeks verbindingen die door zowel de bacteriën als de muis worden geproduceerd; dit wordt het metaboloom genoemd.

Ze ontdekten dat wanneer ze een faag bij de muizen introduceerden en de bacteriële samenstelling veranderde, er ook veranderingen waren in de niveaus van bepaalde biologisch actieve chemicaliën. De auteurs van het onderzoek schrijven:

"Fagen kunnen metabolieten moduleren, waarvan bekend is dat ze de zoogdiergastheer beïnvloeden."

Met andere woorden, een enkele stam van een virus kan het type of de hoeveelheid biologische moleculen die beschikbaar zijn voor het gastdier, veranderen.

Toekomstige mogelijkheden en nog veel meer werk

Dr. Gerber heeft de brede mogelijkheden die deze bevindingen oproepen niet gemist. Hij zegt: “Deze bevinding fascineert me voor follow-up en roept belangrijke vragen op: kunnen we fagen gebruiken om deze activiteiten te moduleren? Zou dit een interventie kunnen zijn voor aandoeningen, zoals depressie, waarbij u de neurotransmitterniveaus wilt veranderen? "

Dit experiment gebruikte natuurlijk een kunstmatig geconstrueerd microbioom in een knaagdiermodel, wat extrapolatie naar mensen moeilijk maakt. Het was echter gericht op het verkrijgen van een algemeen overzicht van hoe fagen een populatie bacteriën konden beïnvloeden. Zoals de auteurs van het onderzoek schrijven:

"Gnotobiotische muizen, gekoloniseerd met een beperkte en bekende maar nog steeds complexe verzameling bacteriën, vormen een aantrekkelijk modelsysteem om het gedrag van fagen in de darmomgeving volledig te karakteriseren."

Als fagen ingrijpende veranderingen aanbrengen in het microbioom van een muis, zullen ze waarschijnlijk ook veranderingen aanbrengen in het menselijke microbioom. De veranderingen zijn misschien anders, maar het principe blijft.

Zoals we in de inleiding duidelijk hebben gemaakt, zijn de effecten van het microbioom lastig genoeg om te begrijpen voordat fagen in beeld komen, dus het ontwerpen van een medische interventie zal nog ver weg zijn. Dat maakt de bevindingen echter zeker niet minder interessant of de moeite waard om na te streven.

"Zelfs als ze niet als een direct therapeutisch middel worden gebruikt, suggereert onze studie dat fagen een goed hulpmiddel kunnen zijn om de mogelijke effecten van andere therapieën die het microbioom veranderen, te begrijpen", concludeert Dr. Gerber.