Вирусы — самые многочисленные биологические объекты на нашей планете. А численность бактериофагов, также известных как фаги — вирусы, заражающие бактериальные клетки и археи, — по оценкам ученых, составляет 1031 частицы. Они сильно влияют на микробные сообщества, действуя как векторы горизонтального переноса генов, кодирующие вспомогательные функции, полезные для видов бактерий-хозяев.
В течение десятилетий исследователи постигали фаги не так быстро, как хотелось, однако, благодаря появлению высокопроизводительной метагеномики, появилась возможность обнаружить беспрецедентное количество новых фагов. Так, неожиданным открытием стало то, что большинство фаговых последовательностей нельзя было отнести к какой-либо известной вирусной таксономии, установленной Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV).
Известно, что фаги влияют на различные экосистемы, а учитывая важность состава и функций микробиома кишечника для здоровья человека, все большее внимание стали уделять фагам, населяющим этот орган. Дисбаланс в совокупности бактерий приводит к развитию множества заболеваний и сложных состояний, таким как аллергии и ожирение. Однако до сих пор мы знали относительно мало о роли, которую играют кишечные бактерии и бактериофаги в здоровье и болезнях человека.
Ученые из Лаборатории взаимодействия хозяина и микробиоты при Институте Сенгера и Европейского института биоинформатики (Великобритания), применив метод секвенирования ДНК, составили каталог биоразнообразия вирусных видов, обнаруженных в 28 060 наборах геномов человеческого кишечника, собранных в 28 разных странах на шести континентах (Африка, Азия, Европа, Северная Америка, Южная Америка и Океания), и 2898 геномах бактериальных изолятов, которые вырастили из этого органа брюшной полости. Результаты их трудов представлены в журнале Cell.
Ученые обнаружили 142 809 геномов фагов, обитающих в кишечнике человека, более половины из которых никогда ранее не встречались. Вирусное разнообразие оказалось самым высоким среди такого типа бактерий, как фирмикуты. В то же время около 36% вирусных кластеров не ограничивались одним видом, создавая сети потоков генов между филогенетически разными видами бактерий.
Бактериофаг и его структура / © Getty Images
Среди десятков тысяч вирусов ученые идентифицировали и новую широко распространенную кладу фагов с характеристиками, напоминающими бактериофаг crAssphage, обнаруженный в 2014 году в сточных водах множества стран. Эту группу, заражающую грамотрицательных анаэробных палочковидных бактерий семейства Bacteroidaceae, назвали губафагом. И, как считают специалисты, у нее и crAssphage — общий предок.
«Мы также наблюдали четкое разделение между фагомами жителей Северной Америки, Европы и Азии и образцами из Африки и Южной Америки. Интересно, что паттерны фагеома (совокупность последовательностей всех фаговых геномов в образце. — Прим. ред.) коррелировали с важными различиями в образе жизни человека. А фаги, обнаруженные в городских образцах, оказались нацелены на бактероиды, но не на бактерии семейства Prevotellaceae, тогда как в сельских образцах из Перу, Танзании, Мадагаскара и Фиджи содержались фаги с диапазоном хозяев, нацеленных на Prevotellaceae вместо Bacteroides», — рассказали ученые.
По их словам, получившийся высококачественный крупномасштабный каталог геномов фагов улучшит будущие исследования виромов — вирусной составляющей микробиома кишечника — и сделает возможным экологический и эволюционный анализ бактериофагов кишечника человека.
«Необходимо помнить, что не все вирусы вредны: они представляют собой неотъемлемый компонент экосистемы кишечника. Большинства вирусов, которые мы выявили, имеют ДНК в качестве генетического материала, то есть отличаются от известных патогенов, таких как коронавирус SARS-CoV-2 или вирус Зика, представляющих собой РНК-вирусы. Во-вторых наши образцы были получены в основном от здоровых людей, не имеющих каких-либо конкретных заболеваний», — объяснил доктор Александр Алмейда, один из авторов исследования.
