Bakteriofagi i mikrobiom jelit

Bakteriofagi należą do najbardziej fascynujących składników ludzkiego mikrobiomu. Choć znajdują się wszędzie wokół nas, wiele osób wie o nich bardzo niewiele.

Mimo to bakteriofagi prawdopodobnie odgrywają centralną rolę w ekosystemach mikrobiologicznych¹.

Ale czym dokładnie są bakteriofagi? I dlaczego współcześni badacze mikrobiomu stają się coraz bardziej zainteresowani tymi drobnymi strukturami biologicznymi?

Czym są bakteriofagi?

Bakteriofagi, często nazywane po prostu fagami, to wirusy, które zakażają wyłącznie bakterie².

Termin ten składa się z:

• Bakteria
• „Fagin”, greckie słowo oznaczające „jeść”

Fagi mogą przyczepiać się do konkretnych bakterii i wstrzykiwać swój materiał genetyczny do komórki bakteryjnej.

Szczególnie fascynujące:

Bakteriofagi uważane są za najliczniejsze byty biologiczne na naszej planecie³.

Naukowcy szacują, że na całym świecie istnieje ponad 10³¹ fagów.

Znajdują się wszędzie tam, gdzie występują bakterie:

• W jelitach
• W glebie
• W oceanach
• W żywności
• W ściekach
• Na skórze

Fagom jelitowy

Ludzki mikrobiom jelitowy nie składa się wyłącznie z bakterii.

Obejmuje również:

• Grzyby
• Wirusy
• Archeony
• Bakteriofagi

Zbiór fagów w mikrobiomie jelitowym nazywany jest fagomem⁴ – który sam w sobie jest częścią szerszego wiromu jelitowego.

Współczesne badania coraz częściej wykazują, że fagi mogą wpływać na skład i dynamikę społeczności bakteryjnych⁵.

W rezultacie mogą odgrywać ważną rolę w:

• Stabilności mikrobiologicznej
• Różnorodności bakterii
• Rozwoju oporności
• Komunikacji mikrobiologicznej

Dlaczego badacze interesują się bakteriofagami?

Fagi są wysoce specyficzne.

Wiele fagów może zakażać tylko określone grupy bakterii, a nawet pojedyncze szczepy bakteryjne⁶.

Właśnie dlatego uważane są za niezwykle interesujące dla współczesnych badań nad mikrobiomem i przyszłych zastosowań mikrobiologicznych.

Obszary obecnie intensywnie badane obejmują:

• Fagi i oporność na antybiotyki
• Fagi w mikrobiomie jelitowym
• Fagi w środowisku i ściekach
• Fagi jako potencjalne narzędzia biologiczne
• Fagi i ekosystemy bakteryjne

Badania w tej dziedzinie rozwijają się niezwykle szybko.

Bakteriofagi i oporność na antybiotyki

Oporność na antybiotyki jest obecnie uważana za jedno z największych globalnych wyzwań dla zdrowia⁷.

Jednocześnie naukowcy coraz częściej badają rolę, jaką fagi mogą odgrywać w tak zwanych rezistomach.

Szczególnie interesujące:

Fagi mogą czasem przenosić materiał genetyczny między bakteriami⁸.

W rezultacie mogą przyczyniać się do procesów ewolucyjnych mikroorganizmów.

Współczesna metagenomika intensywnie bada zatem zależności między:

• Bakteriofagami
• Genami oporności
• Społecznościami mikrobiologicznymi
• Mikrobiologią środowiskową

Fagi w środowisku i ściekach

Bakteriofagi występują w niezwykle dużych ilościach w systemach oczyszczania ścieków⁹.

Jest to jeden z powodów, dla których stają się coraz ważniejsze w nowoczesnej mikrobiologii środowiskowej.

Ścieki zawierają niezwykle złożone społeczności mikrobiologiczne składające się z:

• Bakterii
• Wirusów
• Grzybów
• Genów oporności
• Mobilnych elementów genetycznych

Badania sugerują, że fagi w takich systemach mogą wpływać na dynamikę społeczności mikrobiologicznych¹⁰.

Jest to również jeden z obszarów, którymi zajmują się nasze badania w Bactera.

Nasze badania w Bactera

W Bactera jesteśmy głęboko zaangażowani w nowoczesną metagenomikę shotgunową i badania nad ekosystemami mikrobiologicznymi.

Szczególnym obszarem naszej pracy są:

• Bakteriofagi
• Geny oporności
• Mikrobiologia środowiskowa
• Mikrobiomy ścieków
• Różnorodność mikrobiologiczna

W ramach naszych badań analizujemy dane z sekwencjonowania próbek środowiskowych i ściekowych, aby lepiej zrozumieć społeczności bakteryjne i wirusowe.

Naszym celem jest wykorzystanie nowoczesnego sekwencjonowania shotgunowego i bioinformatyki do uzyskania głębszego wglądu w niezwykle złożone ekosystemy mikrobiologiczne.

Więcej informacji o naszych badaniach można znaleźć na stronie Bactera Research

Fagi i przyszłość badań nad mikrobiomem

Współczesna nauka o mikrobiomie coraz częściej ewoluuje z czystych „badań nad bakteriami” w kierunku analizy kompletnych sieci mikrobiologicznych.

Obejmuje ona obecnie:

• Grzyby
• Wirusy
• Fagi
• Geny oporności
• Funkcjonalne interakcje mikrobiologiczne

Wielu naukowców uważa, że fagi będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w przyszłych badaniach nad mikrobiomem¹³.

Szczególnie ekscytujące jest pytanie o to, jak fagi mogą regulować i wpływać na społeczności bakteryjne.

Podsumowanie

Bakteriofagi należą do najliczniejszych bytów biologicznych na Ziemi i prawdopodobnie odgrywają centralną rolę w ekosystemach mikrobiologicznych.

Współczesne badania intensywnie analizują, jak fagi wchodzą w interakcje z bakteriami, genami oporności i sieciami mikrobiologicznymi.

Dzięki nowoczesnym technologiom sekwencjonowania shotgunowego komponenty wirusowe mikrobiomu można obecnie analizować znacznie bardziej kompleksowo niż jeszcze kilka lat temu.

Właśnie dlatego badania nad fagami stają się obecnie jednym z najbardziej ekscytujących obszarów współczesnej nauki o mikrobiomie.

Źródła naukowe

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.