Bakteriofagi, wirusy atakujące bakterie, odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu mikrobiomu ludzkiego. W nowej publikacji Izabeli Rybickiej i dr Zuzanny Kaźmierczak (w „Applied and Environmental Microbiology”) podjęto temat fageomu ludzkiego, jego dystrybucji oraz potencjalnych implikacji klinicznych, ujawniając znaczenie tych niewidocznych cząstek w kontekście zdrowia i chorób.
Fot. Hans-Wolfgang Ackermann / ViralZone, SIB Swiss Institute of Bioinformatics: Siphoviridae, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Katarzyna Pelc: Coraz częściej pojawia się termin „fageom”. Czym właściwie jest fageom i jakie ma znaczenie dla zdrowia ludzi?
Dr Zuzanna Kaźmierczak: Fageom to zbiór wszystkich wirusów, które infekują bakterie w określonym środowisku, na przykład w ludzkim organizmie. Mówimy zatem o zbiorze bakteriofagów, czyli wirusów atakujących bakterie. Dla porównania – tak jak mikrobiom odnosi się do wszystkich mikroorganizmów bytujących w ciele człowieka, tak fageom dotyczy całej społeczności bakteriofagów. Dzięki rozwojowi metod sekwencjonowania DNA możemy dziś z dużą dokładnością identyfikować i charakteryzować te wirusy w różnych niszach organizmu, takich jak jelita, jama ustna czy układ oddechowy. To otwiera nowe możliwości w zrozumieniu ich roli w zdrowiu i chorobie.
Ile grup bakteriofagów znamy obecnie i czy wszystkie one wchodzą w skład ludzkiego fageomu?
Grup bakteriofagów znamy bardzo dużo, a ich klasyfikacja taksonomiczna dynamicznie się rozwija. Kiedyś opisywano je głównie na podstawie morfologii i rodzaju bakterii, które infekują. Dziś, dzięki technikom genetycznym, klasyfikacja ta stała się bardziej precyzyjna i oparta na analizie sekwencji genetycznej. Ta różnorodność jest już uwzględniona w nowych bazach danych. Niektóre fagi mogą wbudowywać się w DNA bakterii bytujących w organizmie, tworząc tzw. profagi. Takie integracje mogą wpływać na funkcjonowanie mikrobioty, a pośrednio – także na funkcjonowanie organizmu człowieka.
Jakie są różnice między cyklem litycznym a lizogenicznym bakteriofagów? Jakie może to mieć konsekwencje w medycynie?
Bakteriofagi mogą działać w dwóch głównych trybach. W cyklu litycznym fagi infekują bakterię, namnażają się w niej i prowadzą do jej rozpadu (lizy), co pozwala im rozprzestrzenić się dalej. Te fagi są szczególnie interesujące z punktu widzenia terapii, ponieważ bezpośrednio niszczą bakterie. Z kolei w cyklu lizogenicznym wirus integruje swój materiał genetyczny z DNA bakterii i może pozostawać w niej w stanie uśpienia przez długi czas. Pod wpływem określonych warunków może się jednak aktywować, doprowadzając do namnażania i lizy. Co ważne, fagi lizogenne mogą przenosić geny – również te związane z opornością na antybiotyki – co stanowi wyzwanie dla zdrowia publicznego.
Czy bakteriofagi rzeczywiście mogą przyczyniać się do przenoszenia genów oporności na antybiotyki między różnymi gatunkami bakterii w mikrobiocie?
To możliwe, choć niepowszechne. Większość bakteriofagów cechuje się wysoką specyficznością – infekują tylko określone gatunki, w tym nawet szczepy bakterii. Jednak istnieją wyjątki – niektóre fagi potrafią infekować więcej niż jeden gatunek. W takich przypadkach potencjalnie mogą przenosić geny oporności, co zwiększa ryzyko ich rozprzestrzeniania się w mikrobiocie.
Czy badania fageomu mogą znaleźć zastosowanie w praktyce klinicznej?
Zdecydowanie widzimy tu potencjał. Obecnie badamy, czy zmiany w populacji bakteriofagów mogą być wykorzystywane jako wskaźniki określonych stanów chorobowych. Na razie jesteśmy na etapie badań podstawowych, analizując korelacje między fageomem a chorobami, takimi jak choroby autoimmunologiczne czy metaboliczne. Pod kierunkiem prof. Krystyny Dąbrowskiej prowadzimy badania nad identyfikacją markerów opartych na bakteriofagach, które w przyszłości mogłyby wspomagać diagnostykę lub monitorowanie terapii.
Czy bakteriofagi mogą działać na bakterie obecne w biofilmach?
Tak, to bardzo istotny kierunek badań. Biofilmy to złożone struktury bakterii, które przylegają do powierzchni – np. na cewnikach czy implantach – i są trudne do usunięcia. Bakteriofagi mają zdolność penetrowania biofilmów i infekowania bakterii wewnątrz nich. To czyni je potencjalnie skutecznym narzędziem w walce z infekcjami opornymi na leczenie, zwłaszcza w kontekście medycyny szpitalnej.
Czy możliwe jest, że w przyszłości badania nad fageomem staną się częścią rutynowej opieki medycznej? W jakich sytuacjach mogłyby być wykorzystywane?
Myślę, że szczególnie obiecującym polem są badania nad chorobami przewodu pokarmowego, zwłaszcza chorobami zapalnymi jelit, takimi jak choroba Leśniowskiego-Crohna. Coraz więcej danych sugeruje również zmiany w populacji bakteriofagów u pacjentów z cukrzycą. A że cukrzyca wpływa na funkcjonowanie całego organizmu, zmiany w mikrobiocie jelitowej – w tym fageomie – nie są zaskoczeniem. W przyszłości badania nad fageomem mogą pomóc w diagnostyce, monitorowaniu przebiegu choroby, a nawet personalizacji terapii.
Czy obecnie stosowane leki przeciwwirusowe, takie jak terapie antyretrowirusowe stosowane w leczeniu HIV, mogą wpływać na fageom?
To bardzo ciekawe pytanie, ale obecnie mamy ograniczoną wiedzę w tym zakresie. Interakcje leków z bakteriofagami nie są jeszcze dobrze poznane. Wiemy natomiast, że podobnie jak antybiotyki zmieniają środowisko mikrobiologiczne w organizmie, mogą pośrednio wpływać także na bakteriofagi – chociażby poprzez zmniejszenie liczby bakterii, które są dla nich gospodarzem.
Na koniec – czy lekarze i studenci medycyny powinni posiadać wiedzę na temat fageomu? Jeśli tak, to w jakim zakresie?
Zdecydowanie tak. Tak jak uczymy przyszłych lekarzy mikrobiologii czy podstaw wirusologii, tak powinni również zdobywać wiedzę na temat bakteriofagów i ich potencjalnej roli klinicznej. Znajomość fageomu może poszerzyć ich perspektywę na temat chorób zakaźnych, antybiotykooporności, a nawet nowych form diagnostyki. W dłuższej perspektywie to wiedza, która może okazać się bardzo przydatna w codziennej praktyce lekarskiej.
Rozmawiała Katarzyna Pelc
