Tarmbakterier: Virusens överraskande inverkan
Mikrobiomet spelar en viktig roll i hälsan. En ny studie har undersökt hur virus som dödar tarmbakterier påverkar dessa mikrober. Resultaten gör en redan komplicerad bild mycket mer.
Bakteriofager (avbildade här) är fler än bakterier.
För mer forskningsbaserad information om mikrobiomet och hur det påverkar din hälsa, besök vårt dedikerade nav.
Mikrobiomet är både fascinerande och modernt.
Ökningen av allmänhetens intresse har gett en ökning av finansieringen för att studera interaktioner mellan oss och våra tarmbakterier.
Forskare har nu funnit samband mellan mikrobiomet och en rad tillstånd, från diabetes och fetma till Parkinsons och depression.
Tack vare tarmbakteriens höga profil är hyllorna i livsmedelsbutikerna nu full av probiotiska produkter.
Trots deras breda tillgänglighet och popularitet finns det dock få bevis som tyder på att de ger många fördelar utanför ett fåtal specifika förhållanden.
Även om forskare vet att mikroberna inom oss är livsviktiga, är det fortfarande långt att designa ett sätt att moderera dem för att förbättra hälsan och bekämpa sjukdomar.
Den främsta anledningen till detta är mikrobiomets bländande komplexitet. Det är inte en enda, homogen enhet, utan en värld av mikroskopiska varelser som interagerar, påverkar och hämmar sina grannar, som kan döda, ge näring och kommunicera med varandra.
Redan vid denna tidpunkt kan vi se de stora svårigheterna att förstå mikrobiomens ins och outs, men vissa forskare undersöker nästa nivå av komplexitet: bakteriofager.
Introduktion av bakteriofagen
Bakteriofager, eller helt enkelt fager, är virus som uteslutande förstör bakterier. Otroligt många fager är fler än bakterier; där det finns bakterier, det finns fager i spader.
Fager är också specifika; de brukar förstöra bara en art eller bakteriestam. Innan antibiotika kom, använde forskare fager för att bekämpa infektioner. Men när forskare upptäckte antibiotika tog de platsen för fager; antibiotika var billigare och lättare att producera än fager.
Nu, när antibiotikaresistensen ökar, ser vissa forskare om tanken på fagterapi.
Naturligtvis, om fager dödar bakterier, kommer de sannolikt att påverka mikrobiomet. Forskare från Brigham and Women's Hospital och Wyss Institute, båda i Boston, MA, är intresserade av exakt hur dessa rikliga virus kan påverka våra tarmbakterier. De publicerade resultaten av sin senaste studie i tidskriften Cell värd & mikrob.
”Ett av de största intressena i mitt laboratorium är att förstå förändringarna i tarmmikrobiomens dynamik. Bakteriofager är en stor del av mikrobiomet men har inte studerats mycket ännu. ”
Seniorstudieförfattare Dr Georg Gerber
Vad är det för fager?
Även om vi vet att fager finns rikligt i tarmen, vet vi inte mycket om deras beteende.
”Vissa människor utforskar fagterapi och använder fager för att döda mikrober”, säger Dr. Gerber, “men fager finns också naturligt i tarmen, samtidigt som de finns i resten av ekosystemet. Vi ville ta reda på vad de gör där inne. ”
För att undersöka använde forskarna gnotobiotiska möss; de uppfödde dessa djur på ett sådant sätt att de inte har några bakterier som lever på eller i dem.
Till att börja med introducerade de 10 möss för bakterier som ofta finns i tarmen, inklusive Enterococcus faecalis och Escherichia coli.
Sedan lade de till fager som specifikt riktar sig mot bakterierna de transplanterade i mössen. Till exempel riktar sig T4-fagerna E colioch VD13-fagattacker E. faecalis. De spårade sedan framgången för varje mikrob.
Fager är specifika jägare: varje typ dödar bara en typ av bakterier. Så när forskarna introducerade en fag till mössen skulle de se en nedgång i den typen av bakterier. Effekten på andra bakterier var dock mer överraskande.
Utbredd förändring
Forskarna visade att även om en viss fag bara attackerade en art av bakterier, skulle den också påverka andra arter; vissa arter trivdes medan andra minskade.
När man tittar på den bredare bilden bedömde forskarna också den mängd föreningar som produceras av både bakterierna och musen; detta kallas metabolomen.
De fann att när de introducerade en fag till mössen och bakteriekompositionen förändrades, fanns det också förändringar i nivåerna av vissa biologiskt aktiva kemikalier. Studieförfattarna skriver:
"Fager kan modulera metaboliter, som är kända för att påverka däggdjursvärden."
Med andra ord kan en enda stam av ett virus förändra typen eller mängden biologiska molekyler som är tillgängliga för värddjuret.
Framtidsmöjligheter och mycket mer arbete
Dr Gerber missade inte de vidsträckta möjligheter som dessa resultat ger upphov till. Han säger: ”Denna upptäckt fascinerar mig för uppföljning och väcker betydande frågor: Kan vi använda fager för att modulera dessa aktiviteter? Kan detta vara ett ingrepp för tillstånd, som depression, där du vill ändra nivåer av signalsubstansen? "
Naturligtvis använde detta experiment ett artificiellt konstruerat mikrobiom i en gnagarmodell, vilket gör extrapolering till människor svår. Det fokuserade dock på att få en allmän översikt över hur fager kan påverka en population av bakterier. Som studieförfattarna skriver:
"Gnotobiotiska möss, koloniserade med en begränsad och känd men fortfarande komplex bakteriesamling, presenterar ett attraktivt modellsystem för att omfattande karakterisera beteendet hos fager i tarmmiljön."
Om fager gör svepande förändringar i ett mikrobiom från mus kommer det sannolikt också att göra förändringar i det humana mikrobiomet. Förändringarna kan vara olika, men principen kvarstår.
Som vi klargjorde i inledningen är effekterna av mikrobiomet svårt att förstå innan fager kommer in i bilden, så det är långt att designa ett medicinskt ingripande. Men det gör verkligen inte resultaten mindre intressanta eller värda att driva.
"Även om de inte används som en direkt terapeut, föreslår vår studie att fager kan vara ett bra verktyg för att förstå de potentiella effekterna av andra läkemedel som förändrar mikrobiomet", avslutar Dr. Gerber.
