Wie "gute" Viren die Gesundheit beeinflussen können
Obwohl die Rolle „guter“ Viren für die menschliche Gesundheit noch relativ rätselhaft ist, enträtseln wir langsam die Bedeutung unserer viralen Besucher. In dieser Besonderheit stellen wir einen vernachlässigten Abschnitt des Mikrobioms vor - das Virom.
Darstellung von Bakteriophagen, die ein Bakterium infizieren.
Weitere forschungsbasierte Informationen über das Mikrobiom und seine Auswirkungen auf Ihre Gesundheit finden Sie in unserem speziellen Hub.
Die Rolle von Bakterien und unseres Mikrobioms für Gesundheit und Krankheit steht im Vordergrund der medizinischen Forschung.
Wir sind weit davon entfernt, die vielen Fragen zu beantworten, die sich aus den jüngsten Erkenntnissen ergeben, aber es steht fest, dass wir ohne unsere persönliche Flotte „freundlicher“ Mikroorganismen - unser Mikrobiom - nicht gedeihen würden.
Die medizinische Wissenschaft sitzt jedoch nicht auf ihren Hüften; Seine Augen sind immer auf den Horizont gerichtet und bemühen sich, die Form der in der Ferne verborgenen Dinge zu beschreiben.
Während wir uns bemühen, die fast unerträglich komplexen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Gesundheit aufzudecken, wartet bereits die nächste Herausforderung in den Startlöchern: die Rolle des Viroms.
Was ist das Virom?
Wenn wir das Wort „Mikrobiom“ hören, denken wir sofort an Bakterien, aber technisch gesehen ist das Mikrobiom die Summe aller Mikroorganismen in einer bestimmten Umgebung. Einige Wissenschaftler verwenden den Begriff, um die Summe des genetischen Materials dieser Mikroorganismen zu bezeichnen.
So enthält das Mikrobiom neben Bakterien unter anderem auch Viren (das Virom) und Pilze (das Mykobiom). Bisher haben Wissenschaftler dem Virom oder Mykobiom vergleichsweise wenig Aufmerksamkeit geschenkt.
Viren haben sich in einer Reihe von ökologischen Nischen im menschlichen Körper niedergelassen, insbesondere auf Schleimhautoberflächen wie den Innenseiten von Nase und Mund und der Darmschleimhaut.
In dieser Funktion konzentrieren wir uns auf das Darmvirom, da es die meisten viralen Insassen beherbergt und am meisten untersucht wurde.
Natürlich sind Viren am bekanntesten dafür, Krankheiten wie Pocken, Hepatitis, HIV und Tollwut zu verursachen. Aufgrund der mit Viruserkrankungen verbundenen Dringlichkeit hat dieser Aspekt den Löwenanteil der Zeit der Forscher in Anspruch genommen. Viele Viren haben jedoch nicht das geringste Interesse an menschlichen Zellen.
Einführung des Bakteriophagen
Wissenschaftler betrachten das Virom als "den größten, vielfältigsten und dynamischsten Teil des Mikrobioms", und die Mehrheit der Viren in unserem Darm sind Bakteriophagen. Überall dort, wo es Bakterien gibt, gibt es reichlich Bakteriophagen.
Andere Forscher erklären: „Phagen sind die am häufigsten vorkommenden Lebensformen auf der Erde und praktisch allgegenwärtig. […] Einige Süßwasserquellen können bis zu 10 Milliarden pro [Milliliter] enthalten. “
Bakteriophagen infizieren Bakterien, befehligen ihre Zellmaschinerie und verwenden sie, um ihr genetisches Material zu replizieren.
Es ist jetzt völlig klar, dass Darmbakterien die Gesundheit und Krankheit beeinflussen, so dass es keine Überraschung ist, dass Viren, die Darmbakterien infizieren, auch einen signifikanten Einfluss haben können.
Phagentherapie
Von den 1920er bis 1950er Jahren untersuchten Wissenschaftler, ob Bakteriophagen zur Behandlung von bakteriellen Infektionen eingesetzt werden können. Schließlich sind diese Viren in der Lage, menschliche Krankheitserreger zu zerstören.
Wissenschaftler fanden heraus, dass die Phagentherapie sowohl wirksam als auch vor allem frei von Nebenwirkungen war.
Als Antibiotika entdeckt wurden, trat die Phagentherapie in den Hintergrund. Antibiotika konnten relativ einfach hergestellt werden und töteten ein breites Spektrum von Bakterienarten.
Angesichts der heutigen High-Tech-Fähigkeiten und des furchterregenden Hintergrunds der Antibiotikaresistenz könnte das Interesse an einer Phagentherapie jedoch wieder aufleben.
Ein Faktor, der die Phagentherapie attraktiv macht, ist ihre Spezifität. Oft vernichten Antibiotika ein breites Spektrum von Bakterienarten. Jetzt, da wir wissen, dass „gute“ Bakterien im Darm leben, ist klar, dass dies nicht ideal ist.
Bakteriophagen zielen unterdessen nur auf einen engen Bereich von Stämmen innerhalb derselben Bakterienspezies.
Außerdem replizieren sie sich nur, wenn sich ihre Zielbakterien in der Region befinden. Zusammengenommen bedeutet dies, dass sie nur das gewünschte Bakterium angreifen und sich weiter replizieren, bis sie die Infektion ausgelöscht haben.
Freunde fürs Leben
Bakteriophagen nehmen frühzeitig an der menschlichen Reise teil. Eine Studie untersuchte Mekonium - den ersten Kot eines Neugeborenen - und fand keine Hinweise auf Viren.
Nur 1 Woche nach der Geburt enthielt jedes Gramm Kot eines Babys etwa 100 Millionen Viruspartikel, von denen die meisten Bakteriophagen waren. Unser Virom ist wirklich ein lebenslanger Begleiter.
Jeder Mensch hat eine eigene Auswahl an Bakteriophagen, die zusammen als Phageom bezeichnet wird. Menschen, die ungefähr die gleiche Ernährung haben, haben mehr Ähnlichkeiten, aber insgesamt variiert das Phageom jedes Einzelnen stark.
Von der Symbiose zur Dysbiose
Bakteriophagen zerstören, wie erwähnt, Bakterien. In einigen Situationen können Bakteriophagen jedoch Bakterienpopulationen zugute kommen.
Im Darm existieren Bakteriophagen überwiegend als Prophagen. In diesem Stadium wird ihr genetischer Code in das Genom eines Bakteriums eingebaut und ist bereit, bei Aktivierung Bakteriophagen zu produzieren.
Zu diesem Zeitpunkt in ihrem Leben ist ein Bakteriophage für ein Bakterium nicht schädlich - sie existieren in Symbiose.
Da Bakterien genetisches Material miteinander austauschen können, kann der genetische Code von Prophagen auch zwischen einzelnen Bakterien übertragen werden.
Sie können "Gene austauschen, die mit Antibiotikaresistenz, Virulenz oder Stoffwechselwegen zwischen verschiedenen Bakterienarten assoziiert sind". Dies könnte einigen Bakterienarten zugute kommen und ihnen möglicherweise ermöglichen, ihre Nische zu erweitern. Das Wachstum könnte jedoch auf Kosten anderer Bakterienkolonien im Darm gehen.
„Propheten sind für ihre Wirtsbakterien symbiotisch, und diese Bakterien sind für unseren Körper symbiotisch. Daher können Phagen einem vielzelligen Organismus wie [einem] Menschen indirekt Vorteile bringen, die über das hinausgehen, was ihre bakteriellen Wirtszellen unmittelbar erfahren. “
Sobald Prophagen ausgelöst werden, um aktiv zu werden - zum Beispiel in Zeiten von Stress oder wenn das Wirtsbakterium in Gefahr ist - können sie eine weitreichende Veränderung in der mikrobiellen Gemeinschaft des Darms verursachen.
Die Verlagerung von harmlosen Prophagen zu sogenannten lytischen Phagen kann Bakteriengemeinschaften auslöschen, wodurch „schlechte“ Bakterien möglicherweise etwas Atempause erhalten und die Lücke füllen können.
Dies wird als Community Shuffling bezeichnet und kann zu Dysbiose führen - einem mikrobiellen Ungleichgewicht.
Von der Dysbiose bis zur Diagnose
Dysbiose ist mit einer Reihe von Erkrankungen verbunden, darunter entzündliche Darmerkrankungen, chronisches Müdigkeitssyndrom, Fettleibigkeit, Clostridium difficile (C. diff) Infektion und Kolitis. Die Forscher sind sich jedoch immer noch nicht sicher, welche Rolle Bakteriophagen unter diesen Bedingungen spielen.
In diesen Fällen kann eine Dysbiose über andere Mechanismen auftreten. Alternativ könnte es eher ein Symptom für die Bedingungen als für die Ursache sein.
Forscher haben Veränderungen in Darmbakterien bei einer überraschend unterschiedlichen Reihe von Krankheiten beobachtet, darunter Typ-2-Diabetes, Schizophrenie, Depression, Angstzustände, Parkinson und viele mehr.
Da Bakteriophagen die Bakterien in unserem Darm überwiegen und sich auf ihre Replikation verlassen, müssen sie entweder von Schwankungen betroffen sein oder daran beteiligt sein.
Bakteriophagen führen möglicherweise nicht zu Veränderungen im Darm - Veränderungen, die, wie hinzugefügt werden muss, die Krankheit möglicherweise nicht auslösen. Stattdessen könnten Bakteriophagenpopulationen nur passiv durch die Veränderungen der Darmbakterien verändert werden.
Ob das Auf und Ab von Bakteriophagengemeinschaften für Gesundheit und Krankheit wichtig ist, wird schwer zu untersuchen sein. Aber selbst wenn es für die Pathologie einer Krankheit nicht entscheidend ist, kann das Erkennen dieser Schwankungen andere Vorteile haben.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, das Virom als diagnostischen Marker zu verwenden. Zum Beispiel haben Wissenschaftler krankheitsspezifische Veränderungen im Darmvirom bei Menschen mit entzündlichen Darmerkrankungen identifiziert, die bekanntermaßen schwer zu diagnostizieren sind.
Das Problem mit Viren
Das Studium von Bakterien ist alles andere als einfach. Immerhin sind sie unglaublich klein. Bakterien haben im Allgemeinen einen Durchmesser von 0,4 bis 10 Mikrometern. Um einen Zusammenhang zu schaffen: 10 Mikrometer sind nur ein Hundertstel Millimeter oder vier Zehntausendstel Zoll.
Viren sind jedoch mit einem Durchmesser von nur 0,02 bis 0,4 Mikrometern noch kleiner.
Abgesehen von den Schwierigkeiten, die mit der Arbeit in so kleinem Maßstab verbunden sind, stellen Viren andere Herausforderungen.
Wenn Wissenschaftler verstehen wollen, welche Bakterienarten in einer bestimmten Population vorhanden sind, extrahieren sie genetische Informationen.
Daraus isolieren sie bestimmte Codeabschnitte und ordnen sie vorhandenen Datenbanken zu. Am häufigsten verwenden sie das 16S-rRNA-Gen. Dieses spezielle Gen kommt in fast allen Bakterienarten vor und ist im Laufe der Evolution relativ unverändert geblieben.
Einige Regionen der 16S-RNA werden jedoch als hypervariabel angesehen. Unterschiede zwischen diesen Regionen ermöglichen es Forschern, Arten zu identifizieren.
Viren hingegen teilen keine äquivalenten Gene zwischen den Arten. Dies machte es bis vor relativ kurzer Zeit fast unmöglich, das Virom zu untersuchen, aber Fortschritte in der Sequenzierung der nächsten Generation zerstören langsam Barrieren.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Rolle von Viren für die menschliche Gesundheit bei weitem nicht so klar wie ihre Rolle bei Krankheiten.
Vor diesem Hintergrund scheint es auch sehr wahrscheinlich, dass Viren eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung eines gesunden Körpers spielen. Nur mit Fortschritten in den Forschungstechniken wird ihre volle Wirkung verstanden.
Angesichts der unmittelbaren Bedenken hinsichtlich der Antibiotikaresistenz wird das erneute Interesse an dem Bakteriophagen möglicherweise mehr Zeit für dieses mysteriöse Element der medizinischen Wissenschaft haben.
Das Zusammenspiel der Komponenten unseres Mikrobioms zu verstehen, wird jedoch schwer zu gewinnen sein. wie ein Papier erklärt:
"Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms ist in den verschiedenen Lebensphasen oder sogar in den Stunden desselben Tages nicht gleich."
Dies wird sicher ein langer Kampf sein.
