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噬菌体病毒如何帮助我们对抗细菌以保持健康

疾病 78健康编辑 2周前 (01-07) 20次浏览 0个评论 扫描二维码
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虽然“好”病毒在人类健康中的作用仍然相对神秘,但我们正在慢慢地揭示病毒访客的重要性。在这篇专题文章中,我们介绍了微生物组中被忽视的部分——噬菌体

噬菌体病毒如何帮助我们对抗细菌以保持健康

细菌和微生物在健康和疾病中的作用处于医学研究的前沿。

要回答最近的发现所提出的许多问题,我们还有很长的路要走,但现在可以肯定的是,如果没有我们个人的“友好”微生物群——我们的微生物群落——我们就不会兴旺发达。

然而,医学并不是坐以待毙,它的眼睛总是盯着地平线,竭力描绘出隐藏在远处的东西的形状。

当我们努力解开细菌与健康之间复杂得令人难以忍受的相互作用时,下一个挑战已经在等着我们:微生物的作用。

什么是病毒?

当我们听到“微生物组”一词时,我们会立即想到细菌,但是从技术上讲,微生物组是特定环境中所有微生物的总和。一些科学家使用该术语来指代这些微生物的遗传物质之和。

因此,除细菌外,微生物组还包括病毒(病毒)和真菌(真菌组)等。迄今为止,科学家对病毒或真菌组的关注相对较少。

病毒已经在人体的一系列生态环境中占据了自己的位置,尤其是在粘膜表面(例如,口鼻内部和肠壁)上。

在此功能中,我们将专注于肠道病毒,因为它容纳了最多的病毒感染者,并且被研究最多。

当然,病毒以引起天花,肝炎,艾滋病毒和狂犬病等疾病而闻名。由于与病毒性疾病相关的紧迫性,这一方面已经占据了研究人员大部分时间。但是,许多病毒对人类细胞没有丝毫兴趣。

噬菌体介绍

科学家认为病毒是“微生物组中最大,最多样化和最具活力的部分”,而我们身体中的大多数病毒都是噬菌体。哪里有细菌,哪里就有很多噬菌体。

正如其他研究人员所解释的:“噬菌体是地球上最丰富的生命形式,几乎无处不在。一些淡水每毫升可能含有多达100亿个。”

噬菌体感染细菌,控制其细胞机制,并利用其复制其遗传物质。

现在已经很清楚肠道细菌会影响健康和疾病,因此感染肠道细菌的病毒也可能会产生重大影响也就不足为奇了。

噬菌体疗法

从20世纪20年代到50年代,科学家们研究了噬菌体是否可以用来治疗细菌感染。毕竟,这些病毒擅长摧毁人类病原体。

科学家发现噬菌体疗法不仅有效,而且重要的是没有副作用。

当抗生素被发现后,噬菌体疗法逐渐淡出人们的视野。抗生素可以相对容易地制造出来,而且它们可以杀死很多种类的细菌。

然而,在今天的高科技能力和抗生素耐药性的可怕背景下,对噬菌体治疗的兴趣可能会复苏。

噬菌体疗法吸引人的一个因素是它的专一性。通常情况下,抗生素会消灭很多种类的细菌。然而,既然我们知道肠道里有“好”细菌,显然这并不理想。

与此同时,噬菌体只针对同一菌种的一小部分菌株。

此外,它们只有在目标细菌在局部区域时才会复制。综上所述,这意味着它们只攻击所需的细菌,并继续复制,直到消灭感染。

噬菌体伴随我们一生

噬菌体在早期阶段就加入了人类的旅程。一项研究检查了胎粪——新生儿的第一次便便——没有发现病毒的证据。

然而,出生后仅仅一周,每克婴儿粪便中就含有大约1亿个病毒颗粒,其中大部分是噬菌体。

每个人都有一个独特的噬菌体选择,统称为噬菌体。饮食大致相同的人有更多的相似之处,但总的来说,每个人的噬菌体差异很大。

细菌可以反击防御噬菌体

细菌并不是逆来顺受的,它也会防御。

细菌防御噬菌体的主要方法是合成能够降解外来DNA的酶。这些酶被称为限制性内切酶,它们能够剪切噬菌体注入细菌细胞的病毒DNA。

细菌还含有另一个防御系统,这一系统利用CRISPR序列来保留其过去曾经遇到过的病毒的基因组片段,从而使得它们能够通过RNA干扰的方式来阻断病毒的复制。

这种遗传系统为细菌提供了一个类似于获得性免疫的机制来对抗病毒感染。(细菌防御方法-百度百科

噬菌体病毒如何帮助我们对抗细菌以保持健康

从共生到共生失调

如前所述,噬菌体可以消灭细菌。然而,在某些情况下,噬菌体可以使细菌种群受益。

在肠道中,噬菌体主要作为原噬菌体存在。在这个阶段,它们的遗传密码被整合到一个细菌的基因组中,一旦被激活,就可以产生噬菌体。

在它们生命的这个阶段,噬菌体对细菌无害——它们是共生的。

由于细菌之间可以交换遗传物质,细菌的遗传密码也可以在单个细菌之间传递。

它们可以在不同种类的细菌之间交换“与抗生素耐药性、毒性或代谢途径相关的基因”。这可能有利于一些细菌种类,潜在地允许它们扩大它们的生态位。然而,这种生长可能是以牺牲肠道内其他菌落为代价的。

噬菌体与寄主细菌是共生的,而这些细菌与我们的身体也是共生的。因此,噬菌体可以间接地为像人类这样的多细胞生物带来好处,而不仅仅是它们的宿主细菌细胞能立即感受到的好处。”

一旦噬菌体被激活——例如,在压力下或者宿主细菌处于危险中——它们就会引起肠道微生物群落的广泛变化。

从无害的原噬菌体到所谓的裂解噬菌体的转变可以消灭细菌群落,潜在地为“坏”细菌提供一些呼吸空间,让它们填补空白。

这被称为群落洗牌,会导致生态失调——一种微生物失衡。

从生物失调到诊断

生物障碍与一系列疾病有关,包括炎症性肠病、慢性疲劳综合征、肥胖症、艰难梭菌感染和结肠炎。然而,研究人员仍然不确定噬菌体在这些条件下的作用。

在这些情况下,生物失调可能通过其他机制发生。或者,它可能是病症的症状,而不是病因。

研究人员已经观察到肠道细菌在各种疾病中的变化,包括2型糖尿病、精神分裂症、抑郁症、焦虑症、帕金森氏病等等。

因为噬菌体的数量超过了我们肠道中的细菌,并依赖它们进行复制,所以它们必须受到任何波动的影响或参与其中。

噬菌体可能不会驱动肠道的变化——必须补充的是,这些变化可能不会驱动疾病。相反,噬菌体种群可能只是被动地被肠道细菌的变化所改变。

噬菌体群落的消长对健康和疾病是否重要将是一个具有挑战性的研究课题。但是即使它在疾病的病理学中不是关键,发现这些波动也可能有其他好处。

例如,有可能使用病毒作为诊断标记。例如,科学家已经确定了炎症性肠病患者肠道病毒的疾病特异性改变,这是一种众所周知的难以诊断的疾病。

病毒带来的麻烦

研究细菌绝非易事。毕竟,它们很小。细菌的直径通常为0.4-10微米。提供一些背景信息:10微米仅是毫米的百分之一或四十分之一英寸。

但是,病毒甚至更小,直径仅为0.02-0.4微米。

除了在如此小规模的工作中固有的困难之外,病毒还带来了其他挑战。

如果科学家想了解任何给定种群中存在哪些细菌种类,他们将提取遗传信息。

由此,他们隔离了特定的代码段,并将其与现有数据库匹配;最常见的是,他们使用16S rRNA基因。这个特定的基因几乎可以在所有细菌物种中找到,并且在进化过程中,它相对保持不变。

但是,16S RNA的某些区域被认为是高变的。这些区域之间的差异使研究人员能够识别物种。

另一方面,病毒在物种之间不共享任何等效基因。直到最近,这几乎使研究病毒体成为不可能,但是下一代测序的进展正在慢慢消除障碍。

在现阶段,病毒在人类健康中的作用远不及其在疾病中的作用。

话虽如此,病毒也很可能在维持健康的身体中扮演重要角色。只有随着研究技术的进步,它们的全部影响才能被理解。

鉴于对抗生素耐药性的紧迫关注,也许人们对噬菌体重新产生兴趣,将有更多的时间投入到医学这一神秘的元素上。


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