Tienduizenden faagsoorten bewonen de darm van ieder mens
Na analyse van menselijke fecaliën identificeerden de wetenschappers 54.118 virussoorten, waarvan de meeste bacterievirussen bleken te zijn – bacteriofagen.
De laatste tijd groeit de belangstelling van wetenschappers voor de menselijke microbiota – micro-organismen die op onze huid en slijmvliezen leven en een aanzienlijke invloed hebben op onze gezondheid. De wellicht grootste hoeveelheid symbiotische flora leeft in de menselijke darm: zij is betrokken bij de vertering van voedsel, de bescherming tegen ziekteverwekkers, de rijping van het immuunsysteem en de modulatie van de activiteit ervan, en beïnvloedt zelfs de hogere zenuwactiviteit.
Tegenwoordig is de menselijke darmmicrobiota het best bestudeerde microbiële ecosysteem ter wereld, hoewel tot nu toe meer dan 70% van de bacteriesoorten niet in het laboratorium in kweek is gebracht. Dit is bekend dankzij het gebruik van metagenomische methoden – genetische analyse van materiaal dat uit een bepaalde omgeving is verkregen. De sequentie van het volledige DNA van dergelijk materiaal levert een directe “momentopname” van alle levende organismen die op een bepaald moment in het monster aanwezig waren. Metagenomica heeft laten zien hoe ver de moderne wetenschap ervan verwijderd is om alle darmbacteriën te identificeren en te isoleren, en nog verder van het begrijpen van darmvirussen.
Wetenschappers gebruikten computerprogramma’s om 11.810 metagenomen van ontlastingsmonsters van mensen uit 24 landen te analyseren*. Hun doel was te bepalen welk aandeel van de genomen van darmbewoners uit virussen bestaat. Het resultaat van de studie was de totstandkoming van de Metagenomic Gut Virus Catalog, die tot op heden de meest omvangrijke bron in zijn soort is. De catalogus bevat 189.680 virale genomen, die meer dan 50.000 virussoorten vertegenwoordigen. Interessant genoeg is meer dan 90% daarvan onbekend voor de wetenschap. Samen coderen zij meer dan 450.000 verschillende eiwitten, die nuttig of schadelijk kunnen zijn voor bacteriën en daardoor een bepaald effect op de mens kunnen hebben.
Het meest voorkomende genetische element in de geanalyseerde faaggenomen zijn de zogeheten Diversity-Generating Retroelements (DGR’s). Zij veroorzaken mutaties in bepaalde doelgenen om in de evolutionaire wedloop met de gastheerbacteriën zo veel mogelijk varianten te creëren, zodat voortdurend de optimale kan worden geselecteerd.
Na identificatie moesten de fagen aan de gastheerbacteriën worden gekoppeld. Hiervoor maakten de wetenschappers gebruik van de functies van het CRISPR-systeem – een soort bacterieel immuunsysteem dat virusinfecties “onthoudt” en herhaling ervan voorkomt. Bacteriën kopiëren en bewaren fragmenten van virale genen in hun eigen genoom om het virus bij een nieuwe invasie te herkennen en te vernietigen. Aan de hand van deze kopieën kan worden vastgesteld welke bacteriën in het darmecosysteem als gastheer voor welke fagen dienen.
Uiteraard werden de meest voorkomende virussoorten in de darm in verband gebracht met de meest voorkomende bacteriesoorten in dit ecosysteem – voornamelijk vertegenwoordigers van de stammen Firmicutes en Bacteroidota.
Wat is het nut van onderzoek naar darmvirussen? Een zeer veelbelovend toepassingsgebied van de verkregen informatie is faagtherapie, namelijk het gericht beïnvloeden van de menselijke microbiota met behulp van bacteriofagen. Waar voeding, antibiotica, probiotica, prebiotica en andere moderne benaderingen een algemene, niet-specifieke invloed op de microbiota hebben, kan faagtherapie een subtiele modellering van de samenstelling ervan bieden. Fagen kunnen bijvoorbeeld een effectieve behandeling zijn van een Clostridioides-difficile-infectie, die zich vooral ontwikkelt als gevolg van langdurige antibioticatherapie.
Hoewel de auteurs al over een schat aan informatie beschikken over virussen die onderdeel zijn van de normale menselijke darmmicrobiota, geven zij toe dat zij slechts een klein deel van dit enorme “universum” hebben “leren kennen” en dat er nog een lange weg te gaan is om een volledig beeld te krijgen.
* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L et al. Metagenomisch compendium van 189.680 DNA-virussen uit het menselijke darmmicrobioom. Nat. Mikrobiol, 2021; 6: 960-970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6
