Kako „dobri“ virusi mogu utjecati pozitivno na naše zdravlje?

Iako je uloga „dobrih“ virusa u ljudskom zdravlju i dalje relativno neistražena, polako otkrivamo važnost naših virusnih posjetitelja. U ovoj posebnosti uvodimo zanemareni dio mikrobioma – virom.

Uloga bakterija i našeg mikrobioma u zdravlju i bolestima često je tema medicinskih istraživanja. Iako smo daleko od odgovora na mnoga pitanja koja su postavila nedavna otkrića, sada je utvrđeno da bez naše osobne „flote prijateljskih“ mikroorganizama – našeg mikrobioma – ne bismo uspjeli napredovati.

Dok se borimo kako bismo otkrili gotovo nepodnošljivo složene interakcije između bakterija i zdravlja, sljedeći izazov već čeka pred vratima: uloga viroma.

Što je virom?

Kad čujemo riječ “mikrobiom”, odmah pomislimo na bakterije, ali tehnički, mikrobiom je zbroj svih mikroorganizama u određenoj sredini. Neki znanstvenici koriste taj izraz da označe zbroj genetskog materijala tih mikroorganizama.

Dakle, osim bakterija, mikrobiom također uključuje viruse (virom) i gljivice (mikrobiom) među ostalim posjetiteljima. Do danas su znanstvenici posvetili relativno malo pozornosti virom ili mikrobiomu.

Virusi su stvorili nizu ekoloških niša u ljudskom tijelu, posebno na površinama sluznice, poput unutrašnjosti nosa i usta i sluznice crijeva. U ovom ćemo se članku koncentrirati na virus crijeva jer u njemu živi najveći broj virusa i najviše je istražen.

Naravno, virusi su najpoznatiji po uzrokovanju bolesti, poput malih boginja, hepatitisa, HIV-a i bjesnoće. Zbog virusnih bolesti, ovaj je aspekt istraživači su dobro proučavali. Međutim, mnogi virusi nemaju ni najmanji interes za ljudske stanice. Neki virusi kao što je HiV nikada nisu vizualno identificirani,  čak ni najmodernijim elektronskim mikroskopima, tvrde poznati znanstvenici.

Predstavljamo bakteriofag

Znanstvenici smatraju da je virom “najveći, najraznolikiji i najdinamičniji dio mikrobioma”, a većina virusa u našim crijevima su bakteriofagi. Gdje god ima bakterija, tu u izobilju ima i bakteriofaga. Kao što drugi istraživači objašnjavaju: “Fagovi su najobičniji životni oblici na Zemlji i gotovo su sveprisutni. Neki izvori slatke vode mogu ih sadržavati i do 10 milijardi po mililitru.” Bakteriofagi inficiraju bakterije, upravljaju staničnim kompleksom i koriste ih za umnožavanje svog genetskog materijala.

Sada je jasno da bakterije crijeva utječu na zdravlje i bolesti, pa ne čudi da virusi koji inficiraju crijevne bakterije mogu također imati značajan utjecaj.

Terapija fagom

Od 1920-ih do 1950-ih znanstvenici su istraživali mogu li se bakteriofagi koristiti za liječenje bakterijskih infekcija. Napokon, ti virusi su spretni u uništavanju ljudskih patogena.

Znanstvenici su otkrili da je  terapija fagom bila i učinkovita i, što je najvažnije, liječenje je prošlo bez nuspojava. Kad su otkriveni antibiotici, terapija fagom se izgubila u pozadini. Antibiotici se mogu proizvesti s razmjernom lakoćom, a oni ubijaju širok spektar bakterijskih vrsta.

Međutim, s današnjim visoko tehnološkim mogućnostima i pozadinom otpornosti na antibiotike, zanimanje za terapiju fagom ponovno raste. Jedan od čimbenika koji fag terapiju čine atraktivnom je njena specifičnost. Često, antibiotici uklanjaju širok spektar bakterijskih vrsta. Sada kada znamo da “dobre” bakterije žive u crijevima, međutim, jasno je da to nije idealno.

U međuvremenu, bakteriofagi ciljaju samo uzak raspon sojeva unutar iste vrste bakterija. Osim toga, razmnožavaju se samo ako se ciljane bakterije nalaze u lokalnom području, što znači da napadaju samo željenu bakteriju i nastavljaju se razmnožavati sve dok ne uklone infekciju.

Prijatelji za život

Bakteriofagi se pridružuju ljudskom putovanju u ranoj fazi. Jedno istraživanje ispitalo je mekonij – prvu stolicu novorođenčeta – i nije pronašlo nikakve dokaze o virusima.

Međutim, samo tjedan dana nakon rođenja, svaki gram djetetove stolice sadržavao je oko 100 milijuna virusnih čestica, od kojih su većina bili bakteriofagi. Naš virom je uistinu cjeloživotni suputnik.

Svaki čovjek ima različit izbor bakteriofaga, koji se zajedno nazivaju fageom. Ljudi koji imaju približno iste prehrambene navike dijele više sličnosti, ali sveukupno, fag svakog pojedinca značajno varira.

Od simbioze do disbioze

Bakteriofagi, kao što je spomenuto, uništavaju bakterije. Međutim, u nekim situacijama bakteriofagi mogu imati koristi od populacije bakterija.

U crijevima pretežno postoje bakteriofagi kao profagi. U ovoj je fazi njihov genetski kod ugrađen u genom bakterije, spreman za proizvodnju bakteriofaga ako se aktivira. Bakteriofag nije štetan za bakteriju – oni postoje u simbiozi. Budući da bakterije mogu međusobno razmjenjivati genetski materijal, genetski se kod profaga također može prenijeti između pojedinih bakterija.

Oni mogu razmjenjivati “gene povezane s otpornošću na antibiotike, virulencijom ili metaboličke putove između različitih vrsta bakterija.” Ovo bi moglo donijeti korist nekim bakterijskim vrstama što bi im moglo omogućiti širenje njihove niše. Međutim, rast bi mogao biti na štetu ostalih kolonija bakterija u crijevima.

“Profagi su u simbiozi s bakterijama domaćina, a ove bakterije su simbiotske s našim tijelom. Stoga fagi mogu neizravno pružiti korist višestaničnom organizmu poput čovjeku. ”

Jednom kada se profagi pokrenu i postanu aktivni – na primjer, u vrijeme stresa ili ako su bakterije domaćina u opasnosti – mogu prouzrokovati široku promjenu mikrobne zajednice u crijevima. Prijelaz s bezopasnog profaga na takozvani litski fag može izbrisati zajednice bakterija, što potencijalno osigurava „lošim“ bakterijama malo prostora za disanje i omogućava im da ispune prazninu. To se naziva miješanjem u zajednici i može dovesti do disbioze – neravnoteže mikroba.

Od disbioze do dijagnoze

Disbioza je povezana s nizom stanja, uključujući upalnu bolest crijeva, sindrom kroničnog umora, pretilost, infekciju Clostridium difficile (C. diff) i kolitis. Međutim, istraživači još uvijek nisu sigurni u uloge bakteriofaga u tim uvjetima.

U tim slučajevima disbioza se može pojaviti pomoću drugih mehanizama. Alternativno, to bi mogao biti simptom stanja, a ne uzrok. Istraživači su primijetili promjene u crijevnim bakterijama u iznenađujuće raznovrsnom rasponu bolesti, uključujući dijabetes tipa 2, shizofreniju, depresiju, tjeskobu, Parkinsonovu bolest i mnoge druge.

Budući da bakteriofagi nadmašuju bakterije u našim crijevima i oslanjaju se na njih da se umnože, na njih moraju utjecati bilo kakve fluktuacije. Bakteriofagi možda ne potiču promjene u crijevima – promjene koje možda nisu pokretač bolesti. Umjesto toga, populacije bakteriofaga mogu se samo pasivno mijenjati promjenama u bakterijama u crijevima.

Je li bitnost i protok bakteriofaških zajednica važan za zdravlje i bolesti, bit će izazovno istražiti. Ali čak i ako nije najvažnije u patologiji bolesti, uočavanje tih fluktuacija može imati druge koristi.

Na primjer, postoji potencijal da se virom koristi kao dijagnostički marker, znanstvenici su identificirali promjene specifične za bolest u viromu crijeva kod ljudi s upalnom bolesti crijeva, što je notorno teško stanje dijagnoze.

Problemi s virusima

Proučavanje bakterija daleko je od jednostavnog; uostalom, one su nevjerojatno male. Bakterije su obično promjera 0,4-10 . Da bismo osigurali neki kontekst: 10 μm samo je jedna stotinka milimetra.

Virusi su, međutim, još manji, na samo 0,02–0,4 μm. Osim poteškoća koje su povezane s radom u tako malom rasponu, virusi predstavljaju i druge izazove. Ako znanstvenici žele razumjeti koje su bakterijske vrste prisutne u nekoj određenoj populaciji, izvlače genetske podatke.

Iz toga, oni izdvajaju određene dijelove koda i uspoređuju ih s postojećim bazama podataka; najčešće koriste 16S rRNA gen. Taj se gen može pronaći u gotovo svim bakterijskim vrstama, a tijekom evolucijskog vremena ostao je relativno nepromijenjen.

Međutim, neke regije 16S RNA smatraju se hipervarijabilnima. Razlike između tih regija omogućuju istraživačima identifikaciju vrsta. Virusi s druge strane ne dijele nijedne ekvivalentne gene među vrstama. To je, donedavno, učinilo proučavanje viroma gotovo nemogućim, ali napredak u sekvenciranju nove generacije polako ruši prepreke. U ovoj fazi uloga virusa u ljudskom zdravlju nigdje nije tako jasna kao njihova uloga u bolesti.

Vrlo je vjerojatno da virusi igraju značajnu ulogu u održavanju zdravog tijela. Tek će se s napretkom istraživačkih tehnika shvatiti njihov puni utjecaj. S obzirom na zabrinutosti za rezistenciju na antibiotike, možda će se ponovno obnoviti interes za bakteriofag kojem će se posvetiti više pažnje kao tajanstvenom elementu medicinske znanosti.

Ipak, razumijevanje međusobne interakcije komponenti našeg mikrobioma teško će se otkriti; kao što jedan znastveni članak objašnjava: “Sastav mikrobioma crijeva nije isti tijekom nekoliko stadija života, pa čak ni tijekom sati.