Prawdopodobnie słyszałeś o mikrobiomie — hordach bakterii i innych maleńkich form życia, które żyją w naszych jelitach. Okazuje się, że te bakterie mają wirusy, które istnieją w nich i wokół nich — co ma ważne konsekwencje zarówno dla nich, jak i dla nas.

Poznaj fagom.

Istnieją miliardy, a może nawet biliony tych wirusów, znanych jako bakteriofagi („zjadacze bakterii” po grecku) lub po prostu „fagi” dla ich przyjaciół, w ludzkim układzie pokarmowym. Nauka o fagomach ostatnio gwałtownie wzrosła, mówi Breck Duerkop, bakteriolog z University of Colorado Anschutz School of Medicine, a naukowcy zmagają się z uporaniem się z ich ogromną różnorodnością. Naukowcy podejrzewają, że gdyby lekarze mogli wykorzystać lub namierzyć odpowiednie fagi, mogliby poprawić zdrowie ludzi.

Wirusy zwane bakteriofagami infekują bakterie jelitowe poprzez wstrzykiwanie swojego materiału genetycznego, a później z bakterii wyskakują nowe fagi. Ale te fagi i bakterie mogą również żyć w harmonii.

„Okaże się, że będą dobre fagi, jak i złe fagi” – mówi Paul Bollyky, lekarz chorób zakaźnych i badacz w Stanford Medicine. Ale na razie wciąż nie jest jasne, ile fagów zamieszkuje jelito — być może jeden na każdą komórkę bakteryjną, a nawet mniej. Istnieją również bakterie, które zawierają geny fagów, ale nie produkują aktywnie wirusów; bakterie po prostu żyją swoim życiem z DNA fagów towarzyszącym im w genomach.

A wiele fagów wciąż pozostaje niezidentyfikowanych; naukowcy nazywają je „ciemną materią” fagomu. Dużą częścią obecnych badań nad fagami jest identyfikacja tych wirusów i ich bakterii żywicielskich. Gut Phage Database zawiera ponad 140 000 fagów, ale to z pewnością niedoszacowanie. „Ich różnorodność jest po prostu niezwykła” — mówi Colin Hill, mikrobiolog z University College Cork w Irlandii.

Naukowcy znajdują fagi, przesiewając sekwencje genetyczne pochodzące z próbek kału ludzkiego. To właśnie tam naukowcy znaleźli najczęstszą grupę fagów jelitowych, zwaną crAssphage. (Wyjdź z rynsztoka — nazwano je tak od „kross-tyłekW niedawnym badaniu Hill i współpracownicy opisali kształt żarówki dla crAssphages z 20-ściennym ciałem i trzonem służącym do wstrzykiwania DNA do bakterii gospodarza.

Nie jest jasne, czy crAssphages mają wpływ na zdrowie człowieka, ale biorąc pod uwagę fakt, że zakażają jedną z najpowszechniejszych grup bakterii jelitowych, BakterieHill nie byłby zaskoczony, gdyby tak było. Inne powszechne grupy, które również zarażają Bakterieobejmują Gubaphage (gulT bacteroidales phage) i LoVEphage (jaots oF wgenetyka iral mielementy).

Fagomy różnią się znacznie w zależności od osoby. Zmieniają się również w zależności od wieku, płci, diety i stylu życia, jak opisali Hill i współpracownicy w 2023 r. Roczny przegląd mikrobiologii.

Chociaż fagi infekują bakterie, a czasami je zabijają, związek ten jest bardziej skomplikowany. „Kiedyś myśleliśmy, że fagi i bakterie walczą” — mówi Hill — „ale teraz wiemy, że tak naprawdę tańczą; są partnerami”.

Fagi mogą przynieść korzyści bakteriom, wprowadzając nowe geny. Kiedy cząstka faga składa się wewnątrz zainfekowanej bakterii, może czasami wpychać geny bakteryjne do swojej białkowej osłonki wraz z własnym materiałem genetycznym. Później wstrzykuje te geny do nowego gospodarza, a te przypadkowo przeniesione geny mogą być pomocne, mówi Duerkop. Mogą one zapewnić odporność na antybiotyki lub zdolność do trawienia nowej substancji.

Według Hilla fagi utrzymują populację bakterii w dobrej kondycji poprzez ciągłe podgryzanie ich w pięty. Bakterie bakterie mogą mieć na swoich zewnętrznych powierzchniach do kilkunastu rodzajów cukrowych otoczek. Różne otoczki mają różne zalety: na przykład unikanie układu odpornościowego lub zajmowanie innego zakątka układu pokarmowego. Ale kiedy w pobliżu są crAssphages, mówi Hill, Bakterie muszą stale zmieniać płaszcze, aby uniknąć fagów, które rozpoznają jeden płaszcz lub drugi. Rezultat: W dowolnym momencie, są Bakterie przy czym występują różne rodzaje sierści, co umożliwia populacji jako całości zajmowanie różnych nisz lub stawianie czoła nowym wyzwaniom.

Fagi również zapobiegają wymykaniu się populacji bakterii spod kontroli. Jelita są ekosystemem, podobnie jak lasy, a fagi są drapieżnikami bakterii, podobnie jak wilki są drapieżnikami jeleni. Jelita potrzebują fagów, podobnie jak lasy potrzebują wilków. Kiedy te relacje drapieżnik-ofiara ulegną zmianie, może to skutkować chorobą. Naukowcy zaobserwowali zmiany fagomów w zespole zapalnym jelit (IBS), chorobie jelita drażliwego i raku jelita grubego — ekosystem wirusowy osoby z IBS często charakteryzuje się niską różnorodnością, na przykład.

Ludzie próbują przywrócić równowagę mikrobiomu jelitowego za pomocą diet lub, w skrajnych przypadkach medycznych, przeszczepów kału. Walka z fagami może zapewnić bardziej precyzyjne podejście, mówi Hill. Jako przykład naukowcy poszukują fagów, które mogłyby być stosowane terapeutycznie w celu zakażania bakterii wywołujących wrzody.

Bądź wdzięczny za biliony fagów zarządzających ekosystemem twoich jelit. Bez nich, jak sugeruje Hill, kilka rodzajów bakterii mogłoby szybko zdominować — potencjalnie uniemożliwiając ci trawienie niektórych pokarmów i narażając cię na gazy i wzdęcia.

Dziki i cudowny fagom jest partnerem tanecznym zarówno dla bakterii, jak i dla ludzi.

Ten artykuł został ponownie opublikowany w Knowable Magazine. Przeczytaj oryginał tutaj.