Bakteriofágy a mikrobiom čreva

Bakteriofágy patria medzi naj fascinujúcejšie komponenty ľudského mikrobiomu. Hoci sa nachádzajú všade okolo nás, mnohí ľudia o nich vedia veľmi málo.

Bakteriofágy však pravdepodobne hrajú kľúčovú úlohu v mikrobiálnych ekosystémoch¹.

Ale čo sú presne bakteriofágy? A prečo sa moderní výskumníci mikrobiomu čoraz viac zaujímajú o týchto malých biologických štruktúrach?

Čo sú bakteriofágy?

Bakteriofágy, často nazývané jednoducho fágmi, sú vírusy, ktoré infikujú špecificky baktérie².

Tento termín pozostáva z:

• Bakteria
• „Phagein“, čo je grécke slovo pre „jesť“

Fágy sa môžu pripájať k špecifickým baktériám a vstreľovať ihr genetycký materiál do bakteriálnej bunky.

Zásadno fascinujúce:

Bakteriofágy sú považované za najhojnejšie biologické entity na našej planete³.

Vedci odhadujú, že na celom svete existuje viac ako 10³¹ fágov.

Nachádzajú sa všade tam, kde existujú baktérie:

• V čreve
• V pôde
• V oceánoch
• V potravinách
• V odpadných vodách
• Na pokožke

Fágom v čreve

Ľudský mikrobiom čreva neobsahuje iba baktérie.

Zahŕňa aj:

• Huby
• Vírusy
• Archaea
• Bakteriofágy

Zbierka fágov v mikrobiome čreva sa nazýva fágom⁴ – ktorý je sám súčasťou širšieho virómu čreva.

Moderné výskumy čoraz viac ukazujú, že fágy môžu ovplyvňovať zloženie a dynamiku bakteriálnych spoločenstiev⁵.

V dôsledku toho môžu hrať dôležitú úlohu v:

• Mikrobiálnej stabilite
• Bakteriálnej diverzitáte
• Vzniknutí rezistencie
• Mikrobiálnej komunikácii

Prečo sa výskumníci zaujímajú o bakteriofágy?

Fágy sú vysoko špecifické.

Mnohé fágy môžu infikovať iba určité skupiny baktérií alebo dokonca jednotlivé baktériálne kmeny⁶.

Presne preto sú považované za veľmi zaujímavé pre moderný výskum mikrobiomu a budúce mikrobiologické aplikácie.

Oblastí, ktoré sa momentálne intenzívne študujú, sú:

• Fágy a rezistencia na antibiotiká
• Fágy v mikrobiome čreva
• Fágy v prostredí a odpadných vodách
• Fágy ako potenciálne biologické nástroje
• Fágy a bakteriálne ekosystémy

Výskum v tejto oblasti sa vyvíja mimoriadne rýchlo.

Bakteriofágy a rezistencia na antibiotiká

Rezistencia na antibiotiká je teraz považovaná za jednu z najväčších globálnych zdravotných výziev⁷.

Zároveň sa vedci čoraz viac pohnúva do role, akú môžu fágy hrať v takzvanych rezistomoch.

Zásadno zaujímavé:

Fágy môžu niekedy prenášať genetický materiál medzi baktériami⁸.

V dôsledku toho môžu prispievať k mikrobiálnym evolučným procesom.

Moderná metagenomika preto intenzívne študuje vzťahy medzi:

• Bakteriofágmi
• Gény rezistencie
• Mikrobiálnymi spoločenstvami
• Prostrednej mikrobiológiou

Fágy v prostredí a odpadných vodách

Bakteriofágy sa nachádzajú v obrovskom množstve v systémoch odpadných vôd⁹.

Je to jeden z dôvodov, prečo sa stávajú čoraz dôležitejšími v modernej prostrednej mikrobiológii.

Odpadné vody obsahujú vysoko komplexné mikrobiálne spoločenstvá pozostávajúce z:

• Baktérií
• Vírusov
• Hub
• Génov rezistencie
• Mobilných genetických elementov

Výskumy naznačujú, že fágy v týchto systémoch môžu ovplyvňovať dynamiku mikrobiálnych spoločenstiev¹⁰.

Je to tiež jedna z oblastí, ktorým sa zaoberáme naším výskumom v spoločnosti Bactera.

Náš výskum v spoločnosti Bactera

V spoločnosti Bactera sa intenzívne venujeme modernému výskumu metagenomiky s použitím shotgun sekvenčovania a mikrobiálnych ekosystémov.

Kľúčové oblasti našej práce zahŕňajú:

• Bakteriofágy
• Gény rezistencie
• Prostredná mikrobiológia
• Mikrobiomy odpadných vôd
• Mikrobiálna diverzita

V rámci nášho výskumu analyzujeme údaje z sekvenčovania vzorov z prostredia a odpadných vôd, aby sme lepšie pochopili bakteriálne a virálne spoločenstvá.

Naším cieľom je využiť moderné shotgun sekvenčovanie a bioinformatiku na získanie hlbších poznaní o vysoko komplexných mikrobiálnych ekosystémoch.

O našom výskume sa môžete dozvedieť viac na stránke Bactera Research

Fágy a budúcnosť výskumu mikrobiomu

Moderná veda o mikrobiome sa čoraz viac vyvíja z čistého „výskumu baktérií“ smerom k analýze úplných mikrobiálnych sietí.

Teraz zahŕňa:

• Huby
• Vírusy
• Fágy
• Gény rezistencie
• Funkčné mikrobiálne interakcie

Mnohí vedci veria, že fágy budú v budúcnosti hrať čoraz dôležitejšiu úlohu vo výskume mikrobiomu¹³.

Zásadno vzrušujúca je otázka, ako môžu fágy regulovať a ovplyvňovať bakteriálne spoločenstvá.

Záver

Bakteriofágy patria medzi najhojnejšie biologické entity na Zemi a pravdepodobne hrajú kľúčovú úlohu v mikrobiálnych ekosystémoch.

Moderný výskum intenzívne skúma, ako fágy interagujú s baktériami, génmi rezistencie a mikrobiálnymi sieťami.

Vďaka moderným technológiám shotgun sekvenčovania sa virálne komponenty mikrobiomu teraz dajú analyzovať oveľa komplexnejšie ako pred pár rokmi.

Presne preto sa výskum fágov stáva jednou z najzaujímavejších oblastí modernej vedy o mikrobiome.

Vedecké referencie

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.