Bacteriofagen en het darmmicrobioom

Bacteriofagen behoren tot de meest fascinerende componenten van het menselijk microbioom. Hoewel ze overal om ons heen voorkomen, weten veel mensen er heel weinig van.

Toch spelen bacteriofagen waarschijnlijk een centrale rol in microbiële ecosystemen¹.

Maar wat zijn bacteriofagen precies? En waarom worden moderne microbioomonderzoekers steeds meer geïnteresseerd in deze piepkleine biologische structuren?

Wat zijn bacteriofagen?

Bacteriofagen, vaak simpelweg fagen genoemd, zijn virussen die specifiek bacteriën infecteren².

De term bestaat uit:

• Bacterium
• “Phagein,” het Griekse woord voor “eten”

Fagen kunnen zich aan specifieke bacteriën hechten en hun genetisch materiaal in de bacteriecel injecteren.

Bijzonder fascinerend:

Bacteriofagen worden beschouwd als de meest talrijke biologische entiteiten op onze planeet³.

Wetenschappers schatten dat er wereldwijd meer dan 10³¹ fagen zijn.

Ze komen overal voor waar bacteriën voorkomen:

• In de darmen
• In de bodem
• In de oceanen
• In voedsel
• In afvalwater
• Op de huid

Het darmfageoom

Het menselijk darmmicrobioom bestaat niet alleen uit bacteriën.

Het bevat ook:

• Schimmels
• Virussen
• Archaea
• Bacteriofagen

De verzameling fagen binnen het darmmicrobioom wordt het fageoom⁴ genoemd – zelf onderdeel van het bredere darmviroom.

Modern onderzoek laat steeds vaker zien dat fagen de samenstelling en dynamiek van bacteriële gemeenschappen kunnen beïnvloeden⁵.

Daardoor kunnen ze een belangrijke rol spelen bij:

• Microbiële stabiliteit
• Bacteriële diversiteit
• Ontwikkeling van resistentie
• Microbiële communicatie

Waarom zijn onderzoekers geïnteresseerd in bacteriofagen?

Fagen zijn zeer specifiek.

Veel fagen kunnen alleen bepaalde bacteriegroepen of zelfs individuele bacteriestammen infecteren⁶.

Dit is precies de reden waarom ze zeer interessant worden geacht voor modern microbioomonderzoek en toekomstige microbiologische toepassingen.

Gebieden die momenteel intensief worden onderzocht, zijn onder meer:

• Fagen en antibioticaresistentie
• Fagen in het darmmicrobioom
• Fagen in het milieu en afvalwater
• Fagen als potentiële biologische instrumenten
• Fagen en bacteriële ecosystemen

Onderzoek op dit gebied ontwikkelt zich uiterst snel.

Bacteriofagen en antibioticaresistentie

Antibioticaresistentie wordt tegenwoordig beschouwd als een van de grootste mondiale gezondheidsuitdagingen⁷.

Tegelijkertijd onderzoeken wetenschappers steeds vaker de rol die fagen kunnen spelen binnen zogenaamde resistomen.

Bijzonder interessant:

Fagen kunnen soms genetisch materiaal tussen bacteriën overdragen⁸.

Daardoor kunnen ze bijdragen aan microbiële evolutieprocessen.

Moderne metagenomica bestudeert daarom intensief de relaties tussen:

• Bacteriofagen
• Resistentiegenen
• Microbiële gemeenschappen
• Milieumicrobiologie

Fagen in het milieu en afvalwater

Bacteriofagen komen in extreem hoge aantallen voor in afvalwatersystemen⁹.

Dit is een van de redenen waarom ze steeds belangrijker worden binnen de moderne milieumicrobiologie.

Afvalwater bevat uiterst complexe microbiële gemeenschappen die bestaan uit:

• Bacteriën
• Virussen
• Schimmels
• Resistentiegenen
• Mobiele genetische elementen

Onderzoek suggereert dat fagen in dergelijke systemen de dynamiek van microbiële gemeenschappen kunnen beïnvloeden¹⁰.

Dit is ook een van de gebieden die door ons onderzoek bij Bactera wordt behandeld.

Ons onderzoek bij Bactera

Bij Bactera zijn we intensief betrokken bij modern shotgunmetagenoomonderzoek en onderzoek naar microbiële ecosystemen.

Een bijzonder focuspunt van ons werk omvat:

• Bacteriofagen
• Resistentiegenen
• Milieumicrobiologie
• Afvalwatermicrobioomen
• Microbiële diversiteit

Als onderdeel van ons onderzoek analyseren we sequencingsgegevens van milieu- en afvalwatermonsters om bacteriële en virale gemeenschappen beter te begrijpen.

Ons doel is om moderne shotgunsequencing en bio-informatica te gebruiken om dieper inzicht te krijgen in uiterst complexe microbiële ecosystemen.

U kunt meer te weten komen over ons onderzoek op Bactera Research

Fagen en de toekomst van microbioomonderzoek

De moderne microbioomwetenschap ontwikkelt zich steeds meer van puur “bacteriologisch onderzoek” naar de analyse van complete microbiële netwerken.

Dit omvat nu:

• Schimmels
• Virussen
• Fagen
• Resistentiegenen
• Functionele microbiële interacties

Veel wetenschappers geloven dat fagen in de toekomst een steeds belangrijkere rol zullen spelen in microbioomonderzoek¹³.

Bijzonder spannend is de vraag hoe fagen bacteriële gemeenschappen kunnen reguleren en beïnvloeden.

Conclusie

Bacteriofagen behoren tot de talrijkste biologische entiteiten op aarde en spelen waarschijnlijk een centrale rol in microbiële ecosystemen.

Modern onderzoek onderzoekt intensief hoe fagen interageren met bacteriën, resistentiegenen en microbiële netwerken.

Dankzij moderne shotgunsequencingtechnologieën kunnen virale componenten van het microbioom nu veel uitgebreider worden geanalyseerd dan nog maar een paar jaar geleden.

Dit is precies de reden waarom fagenonderzoek momenteel een van de meest spannende gebieden van de moderne microbioomwetenschap wordt.

Wetenschappelijke referenties

1. Sutton TDS, Hill C. Gut bacteriophage communities in human health and disease. Viruses. 2021.
2. Bacteriophage overview and biology.
3. Clokie MRJ, Millard AD, Letarov AV et al. Phages in nature. Bacteriophage. 2021.
4. The human gut phageome and microbiome interactions. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2021.
5. Shkoporov AN, Hill C. Bacteriophages of the human gut. Cell Host & Microbe. 2021.
6. Hsu BB, Gibson TE, Yeliseyev V et al. Dynamic modulation of the gut microbiota by bacteriophages. Cell Host & Microbe. 2022.
7. World Health Organization. Antimicrobial resistance global report. 2023.
8. Exploring the contribution of bacteriophages to antibiotic resistance. Environmental Pollution. 2021.
9. Bacteriophages in sewage abundance roles and applications. 2022.
10. Bacteriophages in biological wastewater treatment systems. Frontiers in Microbiology. 2021.
11. Quince C, Walker AW, Simpson JT et al. Shotgun metagenomics from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021.
12. PhaBOX and modern phage metagenomics approaches. 2023.
13. Sustainable diversity of phage bacteria systems. 2023.