Studien hittar unika virala fingeravtryck för varje människotarm

Varje människas tarmvirussammansättning är lika unik som ett fingeravtryck, enligt den första studien för att samla en omfattande databas över viruspopulationer i det mänskliga matsmältningssystemet.

En analys av virus i tarmarna hos friska västerlänningar visade också att nedgångar och toppar i mångfalden av virustyper mellan barndom och ålderdom speglar bakterieförändringar under livslängden.

Gut Virome -databasen utvecklad av Ohio State University -forskare identifierar 33, 242 unika viruspopulationer som finns i människans tarm. (En samling virus som de i människans tarm kallas virom.) Detta är inte oroväckande:De flesta virus orsakar inte sjukdom.

Faktiskt, ju fler forskare lär sig om virus, ju mer de ser dem som en del av det mänskliga ekosystemet - vilket tyder på att virus har potential att representera en ny klass av läkemedel som kan bekämpa sjukdomsframkallande bakterier, särskilt de som är resistenta mot antibiotika. Bättre kunskap om virus i tarmmiljön kan till och med förbättra förståelsen för de gastrointestinala symptomen som upplevs av några av de sjukaste COVID-19-patienterna.

Forskarna planerar att uppdatera databasen med öppen åtkomst regelbundet.

Vi har etablerat en robust utgångspunkt för att se hur viromen ser ut hos människor. Om vi ​​kan karakterisera de virus som håller oss friska, vi kanske kan utnyttja den informationen för att utforma framtida läkemedel för patogener som annars inte kan behandlas med läkemedel. "

Olivier Zablocki, studera medförfattare, postdoktor i mikrobiologi vid Ohio State

Studien publiceras idag (24 augusti) i tidskriften Cellvärd och mikrobe .

Tal om de goda och dåliga bakterierna i tarmmikrobiomet är vanligt nuförtiden, men virus i tarmen - och överallt - är svåra att upptäcka eftersom deras genomer inte innehåller en gemensam signatur gensekvens som bakteriegenomer gör. Så mycket av virusens stora sekvensutrymme förblir outforskat att det ofta kallas "mörk materia".

För detta arbete, forskarna började med data från 32 studier under ungefär ett decennium som hade tittat på tarmvirus på totalt 1, 986 friska och sjuka människor i 16 länder. Med hjälp av tekniker för att upptäcka virusgener, laget identifierade mer än 33, 000 olika viruspopulationer.

"Vi använde maskininlärning på kända virus för att hjälpa oss att identifiera de okända virusen, "sa författaren Ann Gregory, som slutförde detta arbete medan hon var en doktorand vid Ohio State. "Vi var intresserade av hur många typer av virus vi kunde se i tarmen, och vi bestämde att med hur många typer av genom vi kunde se eftersom vi inte visuellt kunde se virusen. "

Deras analys bekräftade fynd från mindre studier som tyder på att även om några viruspopulationer delades inom en delmängd av människor, det finns ingen kärngrupp av tarmvirus som är gemensamma för alla människor.

Några trender identifierades, dock. Hos friska västerländska individer, ålder påverkar mångfalden av virus i tarmen, som ökar betydligt från barndomen till vuxenlivet, och minskar sedan efter 65 års ålder. Mönstret matchar vad som är känt om ebbs och flöden av tarmbakteriell mångfald med ett undantag:Spädbarns tarmar med underutvecklat immunsystem vimlar av en rad virustyper, men få bakteriesorter.

Människor som bor i icke-västerländska länder hade högre tarmvirusdiversitet än västerlänningar. Gregory sa att annan forskning har visat att icke-västliga individer som flyttar till USA eller ett annat västerländskt land förlorar den mikrobiom-mångfalden, tyder på kost och miljö driver virome skillnader. (Till exempel, forskarna hittade några intakta växtvirus i tarmen - det enda sättet att komma dit är genom kosten.) Variationer i viral mångfald kan också ses hos friska kontra sjuka deltagare i de 32 analyserade studierna.

"En allmän tumregel för ekologi är att högre mångfald leder till ett hälsosammare ekosystem, "Gregory sa." Vi vet att mer mångfald av virus och mikrober vanligtvis förknippas med en friskare individ. Och vi såg att friskare individer tenderar att ha en högre mångfald av virus, vilket indikerar att dessa virus kan göra något positivt och ha en fördelaktig roll. "

Nästan alla befolkningar - 97,7 procent - var fag, som är virus som infekterar bakterier. Virus har ingen funktion utan värd - de driver i en miljö tills de infekterar en annan organism, utnyttjar dess egenskaper för att göra kopior av sig själva. De mest studerade virusen dödar sina värdceller, men forskare i Ohio State lab där Gregory och Zablocki arbetade har upptäckt fler och fler fagtypvirus som samexisterar med deras värdmikrober och till och med producerar gener som hjälper värdcellerna att tävla och överleva.

Ledaren för det labbet, senior studieförfattare Matthew Sullivan, har siktet inställt på "fagterapi"-den 100-åriga idén att använda fager för att döda antibiotikaresistenta patogener eller superbugs.

"Fager är en del av ett stort sammanlänkat nätverk av organismer som lever med oss ​​och på oss, och när bredspektrumantibiotika används för att bekämpa infektion, de skadar också vårt naturliga mikrobiom, "Sullivan sa." Vi bygger ut en verktygslåda för att skala vår förståelse och förmåga att använda fag för att ställa in störda mikrobiomer tillbaka mot ett hälsosamt tillstånd.

"Viktigt, en sådan terapi bör inte bara påverka vårt mänskliga mikrobiom, men också att hos andra djur, växter och konstruerade system för att bekämpa patogener och superbugs. De kan också ge en grund för något som vi kanske måste tänka på i världshaven för att bekämpa klimatförändringar. "

En professor i mikrobiologi och civil, miljö- och geodetisk teknik, Sullivan har hjälpt till att etablera tvärvetenskapliga forskningssamarbeten i Ohio State. Han grundade nyligen och leder Ohio State nya Center of Microbiome Science och meddirigerar Infectious Diseases Institute's Microbial Communities-program.

Zablocki noterade att det fortfarande finns mycket att lära sig om virusens funktioner i tarmen - både fördelaktiga och skadliga.

"Jag ser det som kycklingen och ägget, "sa han." Vi ser sjukdomen och vi ser samhällsstrukturen. Var det på grund av denna samhällsstruktur som sjukdomen uppstod, eller orsakar sjukdomen den samhällsstruktur som vi ser? Denna standardiserade datauppsättning gör det möjligt för oss att driva dessa frågor. "

• Hälsoexperter ger riktlinjer för vetenskaplig undersökning av synbiotika
• Varaktig natur hos IBD kopplad till en långlivad immuncell som framkallar skadlig inflammation