Генетические вариации кишечных вирусов человека могут стать сырьем для внутренней эволюции

Растущее количество данных подчеркивает важность кишечных бактерий человека в регулировании здоровья, метаболизма и болезней человека. Однако бактерии — это только часть истории. Вирусы, которые заражают эти бактерии, также формируют то, кем мы являемся. Фредерик Д. Бушман, доктор философии, профессор микробиологии Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете, возглавил исследование, опубликованное в этом месяце в «Трудах Национальной академии наук», в котором секвенировалась ДНК вирусов — вирома — настоящего времени. в кишечнике здоровых людей. Почти 48 миллиардов оснований ДНК, генетических строительных блоков, были собраны в стуле 12 человек. Затем исследователи собрали блоки, как кусочки головоломки, чтобы воссоздать целые геномы вируса. У каждого человека были собраны от сотен до тысяч различных вирусов, из которых все, кроме одного типа, были бактериофагами — вирусами, которые заражают бактерии, — чего и ожидала команда. Другой был человеческий патоген, вирус папилломы человека, обнаруженный у одного человека. Бактериофаги ответственны за токсическое действие многих бактерий, но их роль в микробиоме человека начала изучаться лишь недавно. Чтобы оценить изменчивость вирусных популяций среди 12 изученных людей, команда Бушмана под руководством аспиранта Сэмюэля Майнота искала участки оснований, которые различались больше всего. Их исследование выявило 51 гипервариабельную область среди 12 исследованных людей, которые, к удивлению команды, были связаны с генами обратной транскриптазы. Ферменты обратной транскриптазы, чаще связанные с репликацией ретровирусов, таких как ВИЧ, копируют РНК в ДНК. Из 51 региона 29 имели последовательность и структурное сходство с одной хорошо изученной обратной транскриптазой, гипервариабельной областью бактериофага Bordetella BPP-1. Бордетелла – это микроб, вызывающий питомниковый кашель у собак. BPP-1 использует обратную транскриптазу и склонный к ошибкам механизм копирования для модификации белка, чтобы помочь ему проникнуть и размножиться в широком спектре вирусных мишеней. Бушман и его коллеги предполагают, что недавно обнаруженные гипервариабельные области могут выполнять аналогичную функцию в вироме человека и, в более широком смысле, в микробиоме. «Похоже, существует естественное избирательное давление, способствующее быстрой изменчивости этих классов бактериофагов, а это означает, что существует соответствующий быстро меняющийся фактор окружающей среды, к которому фаг должен быть способен быстро адаптироваться», — говорит Майнот. Возможные причины изменений, по мнению авторов, включают в себя уклонение от иммунной системы и отслеживание постоянно развивающихся бактериальных хозяев – своего рода гонка вооружений между хозяином и патогеном, основанная на мутациях. В любом случае, говорит Майнот, такая изменчивость может способствовать эволюции кишечного микробиома: «Субстратом эволюции являются мутации». ферменты в первую очередь участвуют в создании разнообразия. Теперь, по словам Майнота, задача состоит в том, чтобы определить функцию недавно открытых гипервариабельных областей и понять, как их изменчивость меняется со временем и в зависимости от заболевания. «Этот метод открывает совершенно новый мир биологии, создающей разнообразие, позволяя узнать, что на самом деле делают эти явно важные системы», — говорит он. Помимо Бушмана и Майнота, соавторами являются Стефани Грюнберг (кафедра микробиологии); Гэри Ву (отделение гастроэнтерологии); и Джеймс Льюис (Отдел биостатистики и эпидемиологии), все из Пенсильвании. Исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения, Департамента здравоохранения Пенсильвании и Американского фонда Крона и колита.