In che modo i virus "buoni" possono influenzare la salute

Sebbene il ruolo dei virus "buoni" nella salute umana sia ancora relativamente misterioso, stiamo lentamente svelando l'importanza dei nostri visitatori virali. In questa funzione speciale, introduciamo una sezione trascurata del microbioma: il viroma.

Illustrazione di batteriofagi che infettano un batterio.

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Il ruolo dei batteri e del nostro microbioma nella salute e nelle malattie è in prima linea nella ricerca medica.

Siamo molto lontani dal rispondere alle molte domande poste dalle recenti scoperte, ma ora è fermamente stabilito che senza la nostra flotta personale di microrganismi "amici" - il nostro microbioma - non potremmo prosperare.

La scienza medica, tuttavia, non si siede sui suoi fianchi; i suoi occhi sono sempre fissi sull'orizzonte, sforzandosi di descrivere la forma di cose nascoste in lontananza.

Mentre lottiamo per svelare le interazioni quasi insopportabilmente complesse tra batteri e salute, la prossima sfida è già in attesa dietro le quinte: il ruolo del viroma.

Qual è il viroma?

Quando sentiamo la parola "microbioma", pensiamo immediatamente ai batteri, ma tecnicamente, il microbioma è la somma di tutti i microrganismi in un particolare ambiente. Alcuni scienziati usano il termine per riferirsi alla somma del materiale genetico di questi microrganismi.

Quindi, oltre ai batteri, il microbioma include anche virus (il viroma) e funghi (il micobioma), tra gli altri visitatori. Ad oggi, gli scienziati hanno prestato relativamente poca attenzione al viroma o al micobioma.

I virus si sono affermati in una serie di nicchie ecologiche nel corpo umano, in particolare sulle superfici mucose, come l'interno del naso e della bocca e il rivestimento dell'intestino.

In questo articolo ci concentreremo sul viroma intestinale perché ospita il maggior numero di occupanti virali ed è stato studiato di più.

Naturalmente, i virus sono più famosi per causare malattie, come il vaiolo, l'epatite, l'HIV e la rabbia. A causa dell'urgenza associata alla malattia virale, questo aspetto ha occupato la maggior parte del tempo dei ricercatori. Tuttavia, molti virus non hanno il minimo interesse per le cellule umane.

Presentazione del batteriofago

Gli scienziati considerano il viroma "la parte più grande, più diversificata e più dinamica del microbioma" e la maggior parte dei virus nel nostro intestino sono batteriofagi. Ovunque ci siano batteri, ce ne sono in abbondanza.

Come spiegano altri ricercatori: “I fagi sono le forme di vita più abbondanti sulla Terra, essendo virtualmente onnipresenti. […] Alcune fonti di acqua dolce possono contenere fino a 10 miliardi per [millilitro]. "

I batteriofagi infettano i batteri, requisiscono il loro macchinario cellulare e lo usano per replicare il loro materiale genetico.

È ormai ampiamente chiaro che i batteri intestinali influenzano la salute e le malattie, quindi non sorprende che anche i virus che infettano i batteri intestinali possano avere un'influenza significativa.

Terapia dei fagi

Dagli anni '20 agli anni '50, gli scienziati hanno studiato se i batteriofagi potessero essere utilizzati per trattare le infezioni batteriche. Dopo tutto, questi virus sono abili nel distruggere i patogeni umani.

Gli scienziati hanno scoperto che la terapia fagica era sia efficace e, soprattutto, priva di effetti collaterali.

Quando furono scoperti gli antibiotici, la terapia fagica passò in secondo piano. Gli antibiotici potevano essere prodotti con relativa facilità e hanno ucciso un ampio spettro di specie batteriche.

Tuttavia, con le capacità hi-tech odierne e lo sfondo spaventoso della resistenza agli antibiotici, l'interesse per la terapia dei fagi potrebbe godere di una rinascita.

Un fattore che rende attraente la terapia fagica è la sua specificità. Spesso gli antibiotici eliminano un ampio spettro di specie batteriche. Ora che sappiamo che i batteri "buoni" vivono nell'intestino, tuttavia, è chiaro che questo non è l'ideale.

I batteriofagi, nel frattempo, prendono di mira solo una ristretta gamma di ceppi all'interno della stessa specie batterica.

Inoltre, si replicano solo se i loro batteri bersaglio si trovano nell'area locale. Presi insieme, ciò significa che attaccano solo il batterio desiderato e continuano a replicarsi fino a quando non hanno eliminato l'infezione.

Amici per sempre

I batteriofagi si uniscono al viaggio umano in una fase iniziale. Uno studio ha esaminato il meconio, la prima cacca di un neonato, e non ha trovato prove di virus.

Tuttavia, solo 1 settimana dopo la nascita, ogni grammo di cacca di un bambino conteneva circa 100 milioni di particelle virali, la maggior parte delle quali erano batteriofagi. Il nostro viroma è davvero un compagno per tutta la vita.

Ogni essere umano ha una selezione distinta di batteriofagi, che viene indicata collettivamente come il fagioma. Le persone che hanno più o meno la stessa dieta condividono più somiglianze, ma nel complesso, il fagioma di ogni individuo varia notevolmente.

Dalla simbiosi alla disbiosi

I batteriofagi, come accennato, distruggono i batteri. Tuttavia, in alcune situazioni, i batteriofagi possono portare benefici alle popolazioni di batteri.

Nell'intestino, i batteriofagi esistono prevalentemente come profagi. In questa fase, il loro codice genetico è incorporato nel genoma di un batterio, pronto a produrre batteriofagi se attivato.

A questo punto della loro vita, un batteriofago non è dannoso per un batterio: esistono in simbiosi.

Poiché i batteri possono scambiarsi materiale genetico tra loro, il codice genetico dei profagi può anche essere trasferito tra i singoli batteri.

Possono scambiare "geni associati a resistenza agli antibiotici, virulenza o vie metaboliche tra diverse specie batteriche". Ciò potrebbe avvantaggiare alcune specie batteriche, consentendo loro potenzialmente di ampliare la loro nicchia. Tuttavia, la crescita potrebbe avvenire a scapito di altre colonie di batteri nell'intestino.

“I profagi sono in simbiosi con i batteri che li ospitano e questi batteri sono in simbiosi con il nostro corpo. Pertanto, i fagi possono indirettamente fornire benefici a un organismo multicellulare come [un] essere umano oltre a ciò che viene sperimentato immediatamente dalle cellule batteriche che li ospitano ".

Una volta che i profagi sono attivati ​​per attivarsi, ad esempio in periodi di stress o se il batterio ospite è in pericolo, possono causare un cambiamento diffuso nella comunità microbica dell'intestino.

Il passaggio dall'innocuo profago al cosiddetto fago litico può spazzare via comunità di batteri, fornendo potenzialmente ai batteri "cattivi" un po 'di spazio per respirare e consentendo loro di riempire il vuoto.

Questo si chiama mescolamento della comunità e può portare alla disbiosi, uno squilibrio microbico.

Dalla disbiosi alla diagnosi

La disbiosi è associata a una serie di condizioni, tra cui malattie infiammatorie intestinali, sindrome da stanchezza cronica, obesità, Clostridium difficile (C. diff) infezione e colite. Tuttavia, i ricercatori non sono ancora sicuri del ruolo dei batteriofagi in queste condizioni.

In questi casi, la disbiosi potrebbe verificarsi tramite altri meccanismi. In alternativa, potrebbe essere un sintomo delle condizioni, piuttosto che la causa.

I ricercatori hanno osservato cambiamenti nei batteri intestinali in una gamma sorprendentemente varia di malattie, tra cui diabete di tipo 2, schizofrenia, depressione, ansia, morbo di Parkinson e molte altre.

Poiché i batteriofagi sono più numerosi dei batteri nelle nostre viscere e si affidano a loro per replicarsi, devono essere influenzati o coinvolti in eventuali fluttuazioni.

I batteriofagi potrebbero non causare cambiamenti nell'intestino - cambiamenti che, va aggiunto, potrebbero non essere alla base della malattia. Invece, le popolazioni di batteriofagi potrebbero essere semplicemente alterate, passivamente, dai cambiamenti nei batteri intestinali.

Sarà difficile indagare se il flusso e il riflusso delle comunità di batteriofagi siano importanti per la salute e la malattia. Ma anche se non è fondamentale nella patologia di una malattia, individuare queste fluttuazioni potrebbe avere altri vantaggi.

Ad esempio, esiste la possibilità di utilizzare il viroma come marker diagnostico. Ad esempio, gli scienziati hanno identificato alterazioni specifiche della malattia nel viroma intestinale nelle persone con malattia infiammatoria intestinale, che è una condizione notoriamente difficile da diagnosticare.

Il problema con i virus

Studiare i batteri è tutt'altro che facile; dopotutto, sono incredibilmente piccoli. I batteri sono generalmente di 0,4-10 micrometri di diametro. Per fornire un contesto: 10 micrometri sono solo un centesimo di millimetro o quattro decimillesimi di pollice.

I virus, tuttavia, sono ancora più piccoli, con un diametro di appena 0,02-0,4 micrometri.

A parte le difficoltà inerenti al lavoro su scala così ridotta, i virus pongono altre sfide.

Se gli scienziati vogliono capire quali specie batteriche sono presenti in una data popolazione, estraggono informazioni genetiche.

Da questo, isolano tratti specifici di codice e li abbinano ai database esistenti; più comunemente, usano il gene 16S rRNA. Questo particolare gene può essere trovato in quasi tutte le specie batteriche e nel corso del tempo evolutivo è rimasto relativamente invariato.

Tuttavia, alcune regioni dell'RNA 16S sono considerate ipervariabili. Le differenze tra queste regioni consentono ai ricercatori di identificare le specie.

I virus, d'altra parte, non condividono geni equivalenti tra le specie. Questo, fino a tempi relativamente recenti, rendeva quasi impossibile lo studio del viroma, ma i progressi nel sequenziamento di nuova generazione stanno lentamente abbattendo le barriere.

In questa fase, il ruolo dei virus nella salute umana non è neanche lontanamente chiaro come il loro ruolo nella malattia.

Detto questo, sembra anche altamente probabile che i virus svolgano un ruolo sostanziale nel mantenimento di un corpo sano. Solo con i progressi nelle tecniche di ricerca sarà compreso il loro pieno impatto.

Date le preoccupazioni immediate della resistenza agli antibiotici, forse il rinnovato interesse per il batteriofago vedrà più tempo dedicato a questo misterioso elemento della scienza medica.

Tuttavia, comprendere l'interazione tra i componenti del nostro microbioma sarà un'informazione faticosamente conquistata; come spiega un articolo:

"La composizione del microbioma intestinale non è la stessa durante le diverse fasi della vita, o anche durante le ore della stessa giornata."

Questa sarà sicuramente una lunga battaglia.