Hoe 'goede' virussen de gezondheid kunnen beïnvloeden
Hoewel de rol van 'goede' virussen in de menselijke gezondheid nog relatief mysterieus is, ontrafelen we langzaam het belang van onze virale bezoekers. In deze speciale functie introduceren we een verwaarloosd deel van het microbioom - het viroom.
Illustratie van bacteriofagen die een bacterie infecteren.
Bezoek onze speciale hub voor meer door onderzoek ondersteunde informatie over het microbioom en hoe het uw gezondheid beïnvloedt.
De rol van bacteriën en ons microbioom bij gezondheid en ziekte staat voorop in medisch onderzoek.
We zijn nog ver verwijderd van het beantwoorden van de vele vragen die door recente bevindingen zijn gesteld, maar het staat nu vast dat we zonder onze persoonlijke vloot van "vriendelijke" micro-organismen - ons microbioom - niet zouden gedijen.
De medische wetenschap zit echter niet op haar hurken; zijn ogen zijn altijd op de horizon gericht en spant zich in om de vorm te beschrijven van dingen die in de verte verborgen zijn.
Terwijl we worstelen om de bijna ondraaglijk complexe interacties tussen bacteriën en gezondheid los te maken, wacht de volgende uitdaging al in de coulissen: de rol van de virome.
Wat is de virome?
Als we het woord 'microbioom' horen, denken we meteen aan bacteriën, maar technisch gezien is het microbioom de som van alle micro-organismen in een bepaalde omgeving. Sommige wetenschappers gebruiken de term om te verwijzen naar de som van het genetisch materiaal van deze micro-organismen.
Dus naast bacteriën omvat het microbioom ook virussen (het viroom) en schimmels (het mycobioom), onder andere bezoekers. Tot op heden hebben wetenschappers relatief weinig aandacht besteed aan de virome of mycobiome.
Virussen hebben zich thuis gevoeld in een reeks ecologische niches in het menselijk lichaam, vooral op slijmvliesoppervlakken, zoals de binnenkant van de neus en mond en het slijmvlies van de darmen.
In deze rubriek zullen we ons concentreren op het darmvirus, omdat dit het grootste aantal virale inzittenden herbergt en het meest is onderzocht.
Virussen staan natuurlijk het meest bekend om het veroorzaken van ziekten, zoals pokken, hepatitis, hiv en hondsdolheid. Vanwege de urgentie die gepaard gaat met virale ziekten, heeft dit aspect het leeuwendeel van de tijd van onderzoekers in beslag genomen. Veel virussen hebben echter niet de minste interesse in menselijke cellen.
Introductie van de bacteriofaag
Wetenschappers beschouwen het viroom als "het grootste, het meest diverse en het meest dynamische deel van [het] microbioom", en de meerderheid van de virussen in onze ingewanden zijn bacteriofagen. Overal waar bacteriën zijn, zijn bacteriofagen in overvloed.
Zoals andere onderzoekers uitleggen: “Fagen zijn de meest voorkomende levensvormen op aarde en zijn vrijwel alomtegenwoordig. […] Sommige zoetwaterbronnen bevatten misschien wel 10 miljard per [milliliter]. "
Bacteriofagen infecteren bacteriën, beheersen hun celmechanismen en gebruiken deze om hun genetisch materiaal te repliceren.
Het is nu overduidelijk dat darmbacteriën gezondheid en ziekte beïnvloeden, dus het is geen verrassing dat virussen die darmbacteriën infecteren ook een aanzienlijke invloed kunnen hebben.
Faag therapie
Van de jaren 1920 tot de jaren 1950 onderzochten wetenschappers of bacteriofagen konden worden gebruikt om bacteriële infecties te behandelen. Deze virussen zijn immers bedreven in het vernietigen van menselijke ziekteverwekkers.
Wetenschappers ontdekten dat faagtherapie zowel effectief was als, belangrijker nog, vrij van bijwerkingen.
Toen antibiotica werden ontdekt, verdween de faagtherapie naar de achtergrond. Antibiotica konden relatief gemakkelijk worden vervaardigd en ze doodden een breed spectrum aan bacteriesoorten.
Met de huidige hi-tech mogelijkheden en de angstaanjagende achtergrond van antibioticaresistentie, kan de belangstelling voor faagtherapie echter weer toenemen.
Een factor die faagtherapie aantrekkelijk maakt, is de specificiteit ervan. Antibiotica vernietigen vaak een breed spectrum aan bacteriesoorten. Nu we echter weten dat er ‘goede’ bacteriën in de darmen leven, is het duidelijk dat dit niet ideaal is.
Bacteriofagen richten zich ondertussen alleen op een beperkt aantal stammen binnen dezelfde bacteriesoort.
Bovendien repliceren ze alleen als hun doelbacteriën in de buurt zijn. Bij elkaar genomen betekent dit dat ze alleen de gewenste bacterie aanvallen en dat ze zich blijven vermenigvuldigen totdat ze de infectie hebben weggevaagd.
Vrienden voor het leven
Bacteriofagen sluiten zich in een vroeg stadium aan bij de menselijke reis. Eén studie onderzocht meconium - de eerste poep van een pasgeborene - en vond geen bewijs van virussen.
Slechts 1 week na de geboorte bevatte elke gram kak van een baby ongeveer 100 miljoen virusdeeltjes, waarvan de meeste bacteriofagen waren. Onze virome is echt een levenslange metgezel.
Elk mens heeft een aparte selectie van bacteriofagen, die gezamenlijk de faagoom worden genoemd. Mensen die ongeveer hetzelfde dieet volgen, hebben meer overeenkomsten, maar over het algemeen varieert de faagoom van elk individu enorm.
Van symbiose tot dysbiose
Bacteriofagen, zoals gezegd, vernietigen bacteriën. In sommige situaties kunnen bacteriofagen echter gunstig zijn voor populaties bacteriën.
In de darmen bestaan bacteriofagen voornamelijk als profagen. In dit stadium wordt hun genetische code opgenomen in het genoom van een bacterie, klaar om bacteriofagen te produceren indien geactiveerd.
Op dit punt in hun leven is een bacteriofaag niet schadelijk voor een bacterie - ze bestaan in symbiose.
Doordat bacteriën genetisch materiaal met elkaar kunnen uitwisselen, kan de genetische code van profagen ook tussen individuele bacteriën worden overgedragen.
Ze kunnen "genen die verband houden met antibioticaresistentie, virulentie of metabolische routes tussen verschillende bacteriesoorten" uitwisselen. Dit kan sommige bacteriesoorten ten goede komen, waardoor ze mogelijk hun niche kunnen verbreden. De groei kan echter ten koste gaan van andere bacteriekolonies in de darm.
“Profagen zijn symbiotisch voor hun gastheerbacteriën, en deze bacteriën zijn symbiotisch voor ons lichaam. Daarom kunnen fagen indirect voordeel bieden aan een meercellig organisme als [een] mens, meer dan wat onmiddellijk wordt ervaren door de bacteriële gastheercellen. "
Zodra profagen geactiveerd worden om actief te worden, bijvoorbeeld in tijden van stress of als de gastheerbacterie in gevaar is, kunnen ze een wijdverbreide verandering in de microbiële gemeenschap van de darmen veroorzaken.
De verschuiving van onschadelijke profaag naar de zogenaamde lytische faag kan bacteriegemeenschappen uitroeien, waardoor 'slechte' bacteriën wat ademruimte krijgen en de leegte kunnen vullen.
Dit wordt community shuffling genoemd en kan leiden tot dysbiose - een microbiële onbalans.
Van dysbiose tot diagnose
Dysbiose wordt in verband gebracht met een reeks aandoeningen, waaronder inflammatoire darmaandoeningen, chronisch vermoeidheidssyndroom, obesitas, Clostridium difficile (C. diff) infectie en colitis. Onderzoekers zijn echter nog steeds onzeker over de rol van bacteriofagen in deze omstandigheden.
In deze gevallen kan dysbiose optreden via andere mechanismen. Als alternatief kan het een symptoom zijn van de aandoeningen in plaats van de oorzaak.
Onderzoekers hebben veranderingen in darmbacteriën waargenomen bij een verrassend gevarieerd scala aan ziekten, waaronder diabetes type 2, schizofrenie, depressie, angst, de ziekte van Parkinson en nog veel meer.
Omdat bacteriofagen de bacteriën in onze ingewanden overtreffen en erop vertrouwen om zich te vermenigvuldigen, moeten ze worden beïnvloed door of betrokken zijn bij eventuele fluctuaties.
Bacteriofagen zijn mogelijk niet de drijvende kracht achter veranderingen in de darmen - veranderingen die moeten worden toegevoegd, zijn mogelijk niet de drijvende kracht achter de ziekte. In plaats daarvan kunnen bacteriofaagpopulaties passief worden gewijzigd door de veranderingen in darmbacteriën.
Of de eb en vloed van bacteriofaaggemeenschappen belangrijk is voor gezondheid en ziekte, zal een uitdaging zijn om te onderzoeken. Maar zelfs als het niet cruciaal is in de pathologie van een ziekte, kan het opmerken van deze fluctuaties andere voordelen hebben.
Als voorbeeld is er het potentieel om de virome als diagnostische marker te gebruiken. Wetenschappers hebben bijvoorbeeld ziektespecifieke veranderingen in het darmvirus geïdentificeerd bij mensen met inflammatoire darmaandoeningen, een notoir moeilijke aandoening om te diagnosticeren.
Het probleem met virussen
Bacteriën bestuderen is verre van eenvoudig; ze zijn tenslotte ongelooflijk klein. Bacteriën zijn over het algemeen 0,4–10 micrometer breed. Om wat context te geven: 10 micrometer is slechts een honderdste van een millimeter of vier tienduizendste van een inch.
Virussen zijn echter nog kleiner, met een doorsnede van slechts 0,02–0,4 micrometer.
Afgezien van de moeilijkheden die inherent zijn aan het werken op zo'n kleine schaal, brengen virussen nog andere uitdagingen met zich mee.
Als wetenschappers willen begrijpen welke bacteriesoorten in een bepaalde populatie aanwezig zijn, extraheren ze genetische informatie.
Hieruit isoleren ze specifieke stukken code en matchen ze met bestaande databases; meestal gebruiken ze het 16S-rRNA-gen. Dit specifieke gen kan in bijna alle bacteriesoorten worden aangetroffen en is in de loop van de evolutie relatief onveranderd gebleven.
Sommige regio's van 16S-RNA worden echter als hypervariabel beschouwd. Door verschillen tussen deze regio's kunnen onderzoekers soorten identificeren.
Virussen daarentegen delen geen gelijkwaardige genen tussen soorten. Dit maakte het bestuderen van de virome tot voor kort bijna onmogelijk, maar de vooruitgang in de sequentiebepaling van de volgende generatie sleept langzaam barrières weg.
In dit stadium is de rol van virussen in de menselijke gezondheid lang niet zo duidelijk als hun rol bij ziekten.
Met dat gezegd, lijkt het ook zeer waarschijnlijk dat virussen een substantiële rol spelen bij het behouden van een gezond lichaam. Alleen met de vooruitgang in onderzoekstechnieken zal hun volledige impact worden begrepen.
Gezien de onmiddellijke bezorgdheid van antibioticaresistentie, zal de hernieuwde belangstelling voor de bacteriofaag wellicht meer tijd besteden aan dit mysterieuze element van de medische wetenschap.
Toch zal het moeilijk verkregen informatie zijn om het samenspel tussen de componenten van ons microbioom te begrijpen; zoals een paper uitlegt:
"De samenstelling van het darmmicrobioom is niet hetzelfde tijdens de verschillende levensfasen, of zelfs niet tijdens de uren van dezelfde dag."
Dit wordt zeker een lange strijd.
