Bagaimana virus 'baik' dapat mempengaruhi kesehatan

Meski peran virus "baik" dalam kesehatan manusia masih relatif misterius, kami perlahan mengungkap pentingnya pengunjung virus kami. Dalam fitur khusus ini, kami memperkenalkan bagian mikrobioma yang terabaikan - virome.

Ilustrasi bakteriofag yang menginfeksi bakteri.

Untuk informasi lebih lanjut yang didukung penelitian tentang mikrobioma dan bagaimana pengaruhnya terhadap kesehatan Anda, silakan kunjungi hub khusus kami.

Peran bakteri dan mikrobioma kita dalam kesehatan dan penyakit berada di garis depan penelitian medis.

Kami masih jauh dari menjawab banyak pertanyaan yang diajukan oleh temuan baru-baru ini, tetapi sekarang dengan tegas ditetapkan bahwa tanpa armada mikroorganisme "ramah" pribadi kami - mikrobioma kami - kami tidak akan berkembang.

Ilmu kedokteran, bagaimanapun, tidak duduk di pangkuannya; matanya selalu tertuju pada cakrawala, berusaha keras untuk menggambarkan bentuk benda yang tersembunyi di kejauhan.

Saat kita berjuang untuk melepaskan interaksi kompleks yang hampir tak tertahankan antara bakteri dan kesehatan, tantangan berikutnya sudah menunggu di sayap: peran virome.

Apa itu virome?

Ketika kita mendengar kata “mikrobioma,” kita langsung berpikir tentang bakteri, tetapi secara teknis, mikrobioma adalah jumlah dari semua mikroorganisme di lingkungan tertentu. Beberapa ilmuwan menggunakan istilah tersebut untuk merujuk pada jumlah materi genetik mikroorganisme ini.

Jadi, selain bakteri, mikrobioma juga termasuk virus (virome) dan jamur (mikobiom), di antara pengunjung lainnya. Sampai saat ini, para ilmuwan hanya memberikan sedikit perhatian pada virome atau mikobiom.

Virus telah membuat dirinya sendiri di rumah dalam berbagai relung ekologis di tubuh manusia, terutama pada permukaan mukosa, seperti bagian dalam hidung dan mulut serta lapisan usus.

Dalam fitur ini, kami akan berkonsentrasi pada gut virome karena ia menampung jumlah penghuni virus terbesar dan paling banyak diteliti.

Tentu saja, virus paling terkenal sebagai penyebab penyakit, seperti cacar, hepatitis, HIV, dan rabies. Karena urgensi yang terkait dengan penyakit virus, aspek ini telah menghabiskan sebagian besar waktu para peneliti. Namun, banyak virus yang tidak memiliki minat sedikit pun pada sel manusia.

Memperkenalkan bakteriofag

Para ilmuwan menganggap virome sebagai "bagian mikrobioma terbesar, paling beragam, dan paling dinamis", dan sebagian besar virus di usus kita adalah bakteriofag. Di mana pun ada bakteri, di sana ada bakteriofag yang melimpah.

Seperti yang dijelaskan oleh peneliti lain: “Fag adalah bentuk kehidupan paling melimpah di Bumi, hampir ada di mana-mana. […] Beberapa sumber air tawar mungkin mengandung hingga 10 miliar per [mililiter]. ”

Bakteriofag menginfeksi bakteri, mengambil alih mesin selnya, dan menggunakannya untuk mereplikasi materi genetiknya.

Sekarang sangat jelas bahwa bakteri usus mempengaruhi kesehatan dan penyakit, jadi tidak mengherankan bahwa virus yang menginfeksi bakteri usus mungkin juga memiliki pengaruh yang signifikan.

Terapi fag

Dari 1920-an hingga 1950-an, para ilmuwan menyelidiki apakah bakteriofag dapat digunakan untuk mengobati infeksi bakteri. Bagaimanapun, virus ini mahir menghancurkan patogen manusia.

Para ilmuwan menemukan bahwa terapi fag efektif dan, yang terpenting, bebas dari efek samping.

Ketika antibiotik ditemukan, terapi fag menghilang. Antibiotik dapat diproduksi dengan relatif mudah, dan mereka membunuh spektrum spesies bakteri yang luas.

Namun, dengan kemampuan teknologi tinggi saat ini dan latar belakang resistensi antibiotik yang menakutkan, minat pada terapi fag dapat bangkit kembali.

Salah satu faktor yang membuat terapi fag menarik adalah kekhususannya. Seringkali, antibiotik menghilangkan spektrum spesies bakteri yang luas. Sekarang kita tahu bahwa bakteri "baik" hidup di usus, bagaimanapun, jelas bahwa ini tidak ideal.

Bakteriofag, sementara itu, hanya menargetkan sejumlah kecil strain dalam spesies bakteri yang sama.

Plus, mereka hanya bereplikasi jika bakteri target mereka ada di area lokal. Secara keseluruhan, ini berarti bahwa mereka hanya menyerang bakteri yang diinginkan, dan mereka terus bereplikasi sampai mereka menghilangkan infeksinya.

Teman seumur hidup

Bakteriofag bergabung dalam perjalanan manusia pada tahap awal. Satu studi meneliti mekonium - kotoran pertama bayi baru lahir - dan tidak menemukan bukti adanya virus.

Namun, hanya 1 minggu setelah lahir, setiap gram kotoran bayi mengandung sekitar 100 juta partikel virus, yang sebagian besar adalah bakteriofag. Virome kami benar-benar pendamping seumur hidup.

Setiap manusia memiliki pilihan bakteriofag yang berbeda, yang secara kolektif disebut sebagai fagom. Orang yang memiliki pola makan yang kurang lebih sama memiliki lebih banyak kesamaan, tetapi secara keseluruhan, phageome setiap individu sangat bervariasi.

Dari simbiosis hingga disbiosis

Bakteriofag, seperti yang disebutkan, menghancurkan bakteri. Namun, dalam beberapa situasi, bakteriofag dapat menguntungkan populasi bakteri.

Di usus, bakteriofag sebagian besar ada sebagai ramalan. Dalam tahap ini, kode genetik mereka dimasukkan ke dalam genom bakteri, siap menghasilkan bakteriofag jika diaktifkan.

Pada titik ini dalam hidup mereka, bakteriofag tidak berbahaya bagi bakteri - mereka ada dalam simbiosis.

Karena bakteri dapat bertukar materi genetik satu sama lain, kode genetik profag juga dapat ditransfer antar individu bakteri.

Mereka dapat bertukar "gen yang terkait dengan resistensi antibiotik, virulensi, atau jalur metabolisme antara spesies bakteri yang berbeda". Ini dapat menguntungkan beberapa spesies bakteri, berpotensi memungkinkan mereka memperluas ceruknya. Namun, pertumbuhannya bisa dengan mengorbankan koloni bakteri lain di usus.

“Ramalan bersimbiosis dengan bakteri inangnya, dan bakteri ini bersimbiosis dengan tubuh kita. Oleh karena itu, fag secara tidak langsung dapat memberikan manfaat bagi organisme multisel seperti [a] manusia melebihi apa yang langsung dialami oleh sel bakteri inangnya. "

Begitu profag dipicu untuk menjadi aktif - misalnya, pada saat stres atau jika bakteri inang berada dalam bahaya - mereka dapat menyebabkan perubahan luas dalam komunitas mikroba usus.

Pergeseran dari profag yang tidak berbahaya ke apa yang disebut fag litik dapat memusnahkan komunitas bakteri, berpotensi menyediakan ruang bernapas bagi bakteri "jahat" dan memungkinkan mereka untuk mengisi kekosongan.

Ini disebut pengocokan komunitas dan dapat menyebabkan disbiosis - ketidakseimbangan mikroba.

Dari disbiosis hingga diagnosis

Disbiosis dikaitkan dengan berbagai kondisi, termasuk penyakit radang usus, sindrom kelelahan kronis, obesitas, Clostridium difficile (C. diff) infeksi, dan kolitis. Namun, peneliti masih belum yakin tentang peran bakteriofag dalam kondisi tersebut.

Dalam kasus ini, disbiosis mungkin terjadi melalui mekanisme lain. Bergantian, itu mungkin merupakan gejala dari kondisi, bukan penyebabnya.

Para peneliti telah mengamati perubahan bakteri usus pada berbagai penyakit yang sangat bervariasi, termasuk diabetes tipe 2, skizofrenia, depresi, kecemasan, penyakit Parkinson, dan banyak lagi.

Karena jumlah bakteriofag melebihi jumlah bakteri di usus kita dan bergantung pada mereka untuk bereplikasi, mereka pasti terpengaruh oleh atau terlibat dalam fluktuasi apa pun.

Bakteriofag mungkin tidak mendorong perubahan dalam usus - perubahan itu, harus ditambahkan, mungkin tidak mendorong penyakit. Sebaliknya, populasi bakteriofag mungkin saja diubah, secara pasif, oleh perubahan bakteri usus.

Apakah pasang surut komunitas bakteriofag penting dalam kesehatan dan penyakit akan menjadi tantangan untuk diselidiki. Tetapi bahkan jika itu tidak penting dalam patologi suatu penyakit, melihat fluktuasi ini mungkin memiliki manfaat lain.

Sebagai contoh, terdapat potensi untuk menggunakan virome sebagai penanda diagnostik. Misalnya, para ilmuwan telah mengidentifikasi perubahan spesifik penyakit pada virome usus pada orang dengan penyakit radang usus, yang merupakan kondisi yang sangat sulit untuk didiagnosis.

Masalah dengan virus

Mempelajari bakteri jauh dari mudah; bagaimanapun juga, mereka sangat kecil. Bakteri umumnya berukuran 0,4-10 mikrometer. Untuk memberikan beberapa konteks: 10 mikrometer hanyalah seperseratus milimeter atau empat seperseribu inci.

Virus, bagaimanapun, bahkan lebih kecil, hanya 0,02-0,4 mikrometer.

Selain kesulitan yang melekat dalam bekerja dalam skala sekecil itu, virus juga menimbulkan tantangan lain.

Jika para ilmuwan ingin memahami spesies bakteri yang ada dalam populasi tertentu, mereka mengekstrak informasi genetik.

Dari sini, mereka mengisolasi rangkaian kode tertentu dan mencocokkannya dengan database yang ada; paling umum, mereka menggunakan gen 16S rRNA. Gen khusus ini dapat ditemukan di hampir semua spesies bakteri, dan selama waktu evolusi, gen ini relatif tidak berubah.

Namun, beberapa daerah RNA 16S dianggap hipervariabel. Perbedaan antara wilayah ini memungkinkan peneliti untuk mengidentifikasi spesies.

Virus, sebaliknya, tidak berbagi gen yang setara di antara spesies. Hal ini, hingga baru-baru ini, membuat mempelajari virome hampir tidak mungkin, tetapi kemajuan dalam pengurutan generasi berikutnya perlahan-lahan meruntuhkan penghalang.

Pada tahap ini, peran virus dalam kesehatan manusia masih belum sejelas perannya dalam penyakit.

Dengan demikian, tampaknya juga sangat mungkin bahwa virus memainkan peran penting dalam menjaga kesehatan tubuh. Hanya dengan kemajuan dalam teknik penelitian maka dampaknya akan sepenuhnya dipahami.

Mengingat kekhawatiran langsung tentang resistensi antibiotik, mungkin minat baru pada bakteriofag akan melihat lebih banyak waktu yang didedikasikan untuk elemen misterius ilmu kedokteran ini.

Namun, memahami interaksi antara komponen mikrobioma kita akan menjadi informasi yang sulit diperoleh; seperti yang dijelaskan satu makalah:

“Komposisi mikrobioma usus tidak sama selama beberapa tahap kehidupan, atau bahkan selama jam-jam di hari yang sama.”

Ini pasti akan menjadi pertarungan yang panjang.