Микробиом кишечника, который часто называют «вторым геномом» организма, состоит из бактерий, архей и грибов, сосуществующих с виромом кишечника - отдельным сообществом, в котором преобладают бактериофаги, а остальную часть составляют эукариотические вирусы.
Эта сложная и динамичная экосистема необходима для метаболизма хозяина, иммунной регуляции и сопротивляемости заболеваниям. Среди ее микробных обитателей виром кишечника играет важнейшую регуляторную роль. Хотя по относительной численности вирусные частицы составляют всего 0,1% микробной популяции кишечника, их количество может превышать количество бактерий в 1-10 раз, а бактериофаги составляют 90-95% этого вирома. Такое огромное количество говорит о потенциальной регуляторной роли в формировании микробных сообществ и поддержании гомеостаза кишечника, поскольку бактериофаги влияют на динамику бактерий путем хищничества и горизонтального переноса генов.
Вирусы кишечника отличаются удивительной пластичностью, часто проявляя большую чувствительность к факторам окружающей среды и хозяина, чем бактериальные сообщества. Специфические характеристики хозяина, такие как возраст и генетический фон, обеспечивают фундаментальную основу для вирусного разнообразия, в то время как факторы окружающей среды (например, географическое положение и урбанизация) определяют региональные вариации. Выбор образа жизни, включая диету и гигиенические практики, способствует ежедневным колебаниям вирусной популяции, а медицинские вмешательства (например, применение антибиотиков и фекальная трансплантация) могут вызвать быстрые изменения в составе вирома. Эти факторы, взаимодействуя через сложную сеть взаимоотношений между хозяином и микробами, в совокупности формируют структуру и функции вирома кишечника.
Помимо комменсальных фагов, виром кишечника исторически включает патогенные энтеровирусы, оказывающие серьезное влияние на здоровье человека. До появления повсеместной вакцинации такие вирусы, как полиовирус, коксаки и ротавирус, были основными причинами тяжелых детских желудочно-кишечных заболеваний, некоторые из которых остаются эндемичными и сегодня. В последние годы критическая роль вирома кишечника в поддержании гомеостаза кишечника и влиянии на исходы заболеваний становится все более заметной областью исследований. Дисрегуляция вирома кишечника связана с рядом кишечных заболеваний, включая воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) и инфекцию Clostridium difficile (CDI), при которых популяции определенных фагов часто значительно обогащаются, потенциально усиливая воспаление за счет активации специфических иммунных механизмов, таких как толл-подобный рецептор 9 (TLR9) и сигнальный путь интерферона-гамма (IFN-γ). Кроме того, такие терапевтические подходы, как трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ), показали перспективность в модулировании популяций фагов и улучшении исходов заболеваний. В данном обзоре рассматриваются закономерности развития вирома кишечника, изучаются факторы, влияющие на его состав, включая рацион питания, окружающую среду, генетику хозяина и иммунитет, и исследуется его связь с заболеваниями, взаимодействие с бактериями и иммунной системой хозяина, а также потенциальные возможности клинического применения.
Благодаря достижениям в области метагеномного секвенирования и биоинформатики раскрывается некогда скрытая сложность вирома кишечника. Являясь неотъемлемым компонентом кишечной экосистемы, виром формируется под влиянием множества факторов, включая диету, окружающую среду, генетику хозяина и иммунитет. Понимание этих влияний имеет решающее значение для расшифровки взаимодействия вирома с микробиотой кишечника и иммунной системой, что подчеркивает его растущую клиническую значимость. Виром кишечника играет важнейшую роль в повышении эффективности микробиомно-направленных методов лечения, таких как ТФМ, фаговая терапия, диетические вмешательства и пробиотики. Модулируя здоровье кишечника и иммунные реакции, виром способствует улучшению результатов лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Эти данные подчеркивают его потенциал для совершенствования терапевтических стратегий и оптимизации клинических исходов.
Несмотря на эти многообещающие перспективы, клиническому применению виромных вмешательств по-прежнему препятствует ряд проблем. Ограничения в анализе виромов, включая погрешности секвенирования и неполные базы данных вирусных геномов, затрудняют определение точных терапевтических мишеней. Кроме того, пространственная вариабельность вирома в различных областях кишечника и образцах фекалий добавляет еще один уровень сложности, затрудняя стандартизацию диагностических и терапевтических подходов. Ключевой проблемой в исследовании виромов является разграничение причинности и корреляции. Многие изменения фагов, наблюдаемые в условиях заболевания, могут отражать последующие эффекты бактериальных сдвигов, поскольку они зависят от хозяина. Однако эта закономерность также определяется техническими ограничениями в профилировании, выделении и культивировании фагов.
В отличие от бактерий, отсутствие универсальных маркерных генов сдерживают изучение роли вирома в кишечных заболеваниях. Виром кишечника остается во многом неизученным компонентом микробиома, который часто называют его «темной материей». Кроме того, сложность культивирования и выделения фагов ограничивает понимание их причинной роли в механизмах заболеваний и разработке терапии. Хотя достижения в области дробного метагеномного секвенирования улучшили идентификацию вирусов и выявление биомаркеров, этим методам не хватает простоты бактериального секвенирования на основе 16S рРНК для клинической диагностики и профилирования фагов.
Чтобы преодолеть эти трудности, будущие исследования должны быть направлены на уточнение баз данных вирусных геномов, совершенствование биоинформатических инструментов для идентификации вирусов и разработку целевых вирусных вмешательств. Кроме того, оптимизация методов доставки фаговой терапии и виром-модулирующих вмешательств будет иметь большое значение для внедрения этих подходов в клиническую практику. Решение этих проблем проложит путь к прецизионной медицине, где вмешательства на основе кишечных вирусов могут изменить лечение микробиом-ассоциированных заболеваний. Интегрируя диагностику и терапию на основе вирусов, мы сможем перейти к более эффективным, персонализированным стратегиям, которые значительно улучшат клинические результаты.
