Ogni intestino umano ha una impronta virale

La composizione del virus intestinale di ogni persona è unica come un'impronta digitale, secondo il primo studio per assemblare un database completo di popolazioni virali nel sistema digestivo umano.

Un'analisi dei virus nell'intestino di occidentali sani ha anche mostrato che cali e picchi nella diversità dei tipi di virus tra l'infanzia e la vecchiaia rispecchiano i cambiamenti batterici nel corso della vita.

Il Gut Virome Database, sviluppato dagli scienziati della Ohio State University, identifica 33.242 popolazioni virali uniche presenti nell'intestino umano. (Una raccolta di virus come quelli nell'intestino umano è chiamata viroma.) Questo non è motivo di allarme: la maggior parte dei virus non causa malattie.

In effetti, più scienziati apprendono sui virus, più li vedono come parte dell'ecosistema umano, suggerendo che i virus hanno il potenziale per rappresentare una nuova classe di farmaci in grado di combattere i batteri patogeni, in particolare quelli resistenti agli antibiotici. Una migliore conoscenza dei virus nell'ambiente intestinale potrebbe persino migliorare la comprensione dei sintomi gastrointestinali sperimentati da alcuni dei pazienti più malati di COVID-19, la malattia causata dal nuovo virus SARS-CoV-2 (precedentemente noto come 2019-nCoV).

I ricercatori prevedono di aggiornare regolarmente il database ad accesso aperto.

«Abbiamo stabilito un solido punto di partenza per vedere come appare il viroma negli esseri umani», ha detto il coautore dello studio Olivier Zablocki, (1) ricercatore post-dottorato in microbiologia presso l'Ohio State. «Se riusciamo a caratterizzare i virus che ci mantengono sani, potremmo essere in grado di sfruttare tali informazioni per progettare future terapie per agenti patogeni che non possono essere altrimenti trattati con farmaci».

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Cell Host & Microbe. (2)

Parlare dei batteri buoni e cattivi nel microbioma intestinale è un luogo comune in questi tempi, ma i virus nell'intestino - e ovunque - sono difficili da rilevare perché i loro genomi non contengono una sequenza genetica caratteristica comune ai genomi dei batteri. Tanto del vasto spazio di sequenza dei virus rimane inesplorato che viene spesso definito “materia oscura”.

Per questo lavoro, i ricercatori hanno iniziato con i dati di 32 studi di circa un decennio che avevano esaminato i virus intestinali in un totale di 1.986 persone sane e malate in 16 paesi. Utilizzando tecniche per rilevare i genomi dei virus, il team ha identificato più di 33.000 diverse popolazioni virali.

«Abbiamo utilizzato l'apprendimento automatico sui virus noti per aiutarci a identificare i virus sconosciuti», ha detto la prima autrice Ann Gregory, che ha completato questo lavoro mentre era una studentessa laureata presso l'Ohio State. «Eravamo interessati a quanti tipi di virus potevamo vedere nell'intestino, e abbiamo determinato che da quanti tipi di genomi potevamo vedere dal momento che non potevamo vedere visivamente i virus».

La loro analisi ha confermato i risultati di studi più piccoli che suggeriscono che sebbene alcune popolazioni virali fossero condivise all'interno di un sottogruppo di persone, non esiste un gruppo principale di virus intestinali comune a tutti gli esseri umani.

Tuttavia, sono state identificate alcune tendenze. In individui occidentali sani, l'età influenza la diversità dei virus nell'intestino, che aumenta in modo significativo dall'infanzia all'età adulta, e poi diminuisce dopo i 65 anni. Il modello corrisponde a ciò che è noto sui flussi e riflussi della diversità batterica intestinale con un'eccezione: budella infantile con sistemi immunitari sottosviluppati pullulano di una serie di tipi di virus, ma poche varietà di batteri.

Le persone che vivono in paesi non occidentali avevano una maggiore diversità di virus intestinali rispetto agli occidentali. Il dottor Gregory ha detto che altre ricerche hanno dimostrato che gli individui non occidentali che si trasferiscono negli Stati Uniti o in un altro paese occidentale perdono quella diversità del microbioma, suggerendo che la dieta e l'ambiente guidano le differenze virome. (3) (Ad esempio, gli scienziati hanno trovato alcuni virus vegetali intatti nell'intestino - l'unico modo per loro di arrivarci è attraverso la dieta.) Variazioni nella diversità virale potrebbero anche essere viste nei partecipanti sani e malati nei 32 studi analizzati.

«Una regola generale per l'ecologia è che una maggiore diversità porta a un ecosistema più sano», ha detto Gregory. «Sappiamo che una maggiore diversità di virus e microbi è solitamente associata a un individuo più sano. E abbiamo visto che gli individui più sani tendono ad avere una maggiore diversità di virus, indicando che questi virus potrebbero potenzialmente fare qualcosa di positivo e avere un ruolo benefico».

Quasi tutte le popolazioni - il 97,7% - erano fagi, ossia virus che infettano i batteri. I virus non hanno alcuna funzione senza un ospite: si spostano in un ambiente finché non infettano un altro organismo, sfruttando le sue proprietà per creare copie di se stessi. I virus più studiati uccidono le loro cellule ospiti, ma gli scienziati del laboratorio dell'Ohio State in cui hanno lavorato Gregory e Zablocki hanno scoperto sempre più virus di tipo fago che coesistono con i loro microbi ospiti e producono persino geni che aiutano le cellule ospiti a competere e sopravvivere.

Il capo di quel laboratorio, l'autore senior dello studio Matthew Sullivan, (4) ha gli occhi puntati sulla “terapia dei fagi” - l'idea vecchia di 100 anni di usare i fagi per uccidere i patogeni resistenti agli antibiotici di superbatteri.

«I fagi fanno parte di una vasta rete interconnessa di organismi che vivono con noi e su di noi, e quando gli antibiotici ad ampio spettro vengono utilizzati per combattere le infezioni, danneggiano anche il nostro microbioma naturale», ha detto Sullivan. «Stiamo costruendo un kit di strumenti per scalare la nostra comprensione e capacità di utilizzare i fagi per sintonizzare i microbiomi disturbati verso uno stato di salute. È importante sottolineare che una tale terapia dovrebbe avere un impatto non solo sul nostro microbioma umano, ma anche su quello in altri animali, piante e sistemi ingegnerizzati per combattere patogeni e superbatteri. Potrebbero anche fornire una base per qualcosa che potremmo dover prendere in considerazione negli oceani del mondo per combattere cambiamento climatico».

Il dottor Matthew Sullivan, professore di microbiologia e ingegneria civile, ambientale e geodetica, ha contribuito a stabilire collaborazioni di ricerca interdisciplinare presso l'Ohio State. Recentemente ha fondato e dirige il nuovo Center of Microbiome Science (5) dell'Ohio State e co-dirige il programma Microbial Communities dell'Infectious Diseases Institute. (6)

Il dottor Olivier Zablocki ha notato che c'è ancora molto da imparare sulle funzioni dei virus nell'intestino, sia benefici che dannosi.

«Lo vedo come la gallina e l'uovo», ha detto. «Vediamo la malattia e vediamo la struttura della comunità. È a causa di questa struttura della comunità che si è verificata la malattia, o è la malattia che causa la struttura della comunità che vediamo? Questo set di dati standardizzato ci consentirà di perseguire queste domande».

Questo lavoro è stato sostenuto dall'Ohio Supercomputer Center e finanziato dalla Gordon and Betty Moore Foundation, dal National Institutes of Health e dal Center of Microbiome Science dell'Ohio.

Altri coautori, tutti dell'Ohio State, includono Ahmed Zayed, Allison Howell e Benjamin Bolduc. Gregory è ora un ricercatore post-dottorato presso il VIB-KU Leuven Center for Microbiology in Belgio.

Riferimenti:

(1) Olivier Zablocki

(2) The Gut Virome Database Reveals Age-Dependent Patterns of Virome Diversity in the Human Gut

(3) virome

(4) Matthew Sullivan

(5) New Center of Microbiome Science is in the works at Ohio State

(6) Microbial Communities – Infectious Diseases Institute

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Each human gut has a viral “fingerprint”