Кишечный микробиом представляет собой сложную взаимосвязанную экосистему видов. И, как и в любой экосистеме, некоторые организмы являются хищниками, а некоторые - добычей. Новое исследование, проведенное исследователями из Brigham and Women's Hospital и Института Висса, изучает влияние бактериофагов, вирусов, которые заражают и убивают бактерии. Они обнаружили, что фаг может оказывать глубокое влияние на динамику кишечного микробиома, не только напрямую воздействуя на определенные виды, но и оказывая каскадное влияние на другие. Фаг также может воздействовать на своего хозяина-человека, модулируя метаболиты, в том числе химические вещества, обнаруженные в мозгу. Команда, в которую входят первый автор Брайан Хсу, доктор философии, и старший соавтор Памела Сильвер, доктор философии, в Институте Висса, и Линн Брай, доктор медицины, доктор философии, в Бригаме и директор Массачусетского центра микробиома хозяина, опубликовал свои результаты в Cell Host & Microbe.
«Одним из главных интересов моей лаборатории является понимание изменений в динамике кишечного микробиома. Бактериофаги являются огромным компонентом микробиома, но еще мало изучены», - сказал соавтор, старший автор. Георг Гербер, доктор медицины, доктор философии, магистр здравоохранения, содиректор Массачусетского центра микробиома-хозяина и заведующий отделением компьютерной патологии в отделении патологии Бригама.«Некоторые люди изучают фаговую терапию, используя фаги для уничтожения микробов, но фаги также встречаются естественным образом в кишечнике, сосуществуя с остальной частью экосистемы. Мы хотели выяснить, что они там делают».
Чтобы ответить на этот вопрос, команда колонизировала кишечник мышей определенным набором видов бактерий человека, а затем добавила фаги, отслеживая рост каждого микроба. Используя высокопроизводительное секвенирование и компьютерный анализ, команда обнаружила, что фаг вызывал истощение видов, на которые они охотились, как и ожидалось, но с волновым эффектом на остальную часть экосистемы, включая расцвет нецелевых видов.
В дополнение к изучению воздействия на микробы, команда также искала воздействие на метаболом - химические вещества, которые могут исходить как от хозяина, так и от присутствующих бактерий. Они обнаружили, что когда они модулировали микробиом с помощью фага, они могли видеть целенаправленные изменения в метаболоме, включая изменения уровня нейротрансмиттеров и желчных кислот.
"Это открытие восхищает меня в плане последующего наблюдения и поднимает серьезные вопросы: можем ли мы использовать фаги для модуляции этих действий? Может ли это быть вмешательством при таких состояниях, как депрессия, когда вы хотели бы изменить уровень нейротрансмиттеров?" - сказал Гербер. «Даже если они не используются в качестве прямого терапевтического средства, наше исследование предполагает, что фаги могут быть хорошим инструментом для понимания потенциальных эффектов других терапевтических средств, которые изменяют микробиом».
Гербер и его коллеги особенно заинтересованы в том, чтобы посмотреть на пересечение фагов и недоедания в развивающихся странах, учитывая глубокое влияние недоедания на метаболом и микробиом.
«Мы надеемся, что наша работа послужит основой для будущих исследований, направленных на выяснение взаимодействия между фагом, микробиотой и здоровьем и болезнью хозяина», - сказал Гербер..
Финансирование этой работы было предоставлено Фондом Билла и Мелинды Гейтс в рамках инициативы Grand Challenges Explorations Initiative (OPP1150555), Агентства перспективных оборонных исследований (DARPA BRICS HR0011-15-C-0094), Национальных институтов He alth (T32 HL007627) и постдокторскую стипендию Rosenbloom. Гербер является акционером и членом Стратегического консультативного совета Kaleido Biosciences, а также акционером и членом Научного консультативного совета Consortia Therapeutics. Другой соавтор является акционером и председателем Научно-консультативного совета Consortia Therapeutics, а также акционером и членом Стратегического консультативного совета Inspirata, Inc.