Виром человека - Human virome

Разнообразие вирусных последовательностей человека в NCBI / Gene (по состоянию на ноябрь 2016 г.)[1][2]

В человек виром это общая коллекция вирусы в и на человеческое тело.[3][4][5] Вирусы в организме человека могут инфицировать как клетки человека, так и другие микробы такие как бактерии (как с бактериофаги ).[6] Некоторые вирусы вызывают заболевание, а другие могут протекать бессимптомно. Некоторые вирусы также интегрированы в человеческий геном так как провирусы или эндогенные вирусные элементы.[3]

Вирусы быстро развиваются, и поэтому виром человека постоянно меняется.[7] У каждого человека есть уникальный виром с уникальным балансом видов.[4][8] Образ жизни, возраст, географическое положение и даже время года могут повлиять на подверженность человека вирусам, и на его восприимчивость к любому заболеванию, которое может быть вызвано этими вирусами, также влияет уже существующий иммунитет и как вирусная, так и человеческая генетика.[9]

Виром человека еще далеко не полностью изучен, и новые вирусы обнаруживаются часто. В отличие от примерно 40 триллионов бактерий в типичном человеческий микробиом,[10] оценка количества вирусных частиц у здорового взрослого человека еще не доступна, хотя вирионов обычно больше, чем отдельных бактерии 10: 1 в природе.[11] Считается, что изучение вирома дает представление о микробах в целом и о том, как они влияют на здоровье и болезни человека.

Методы и инструменты

Доступны несколько методов выделения и изучения вирусов человека:

  • Глубокое секвенирование это метод быстрого секвенирования ДНК, который полезен для характеристики виромного богатства, стабильности, функции генов и связи с фенотипами заболевания.[3][5] Эта технология создает большие объемы информации о последовательностях и способна обнаруживать редкие компоненты микробного сообщества. Современные методы, сочетающие удаление ДНК человека и бактерий из образцов, крупномасштабное секвенирование и биоинформатику, очень эффективны при идентификации неизвестных вирусов.[12] В отличие от других методов обнаружения, вирусы не нужно выращивать в культурах клеток. Новые вирусы могут быть обнаружены без каких-либо предварительных знаний о последовательности генома или методах роста. Следовательно, глубокое секвенирование хорошо подходит для быстрой идентификации неизвестных или неожиданных вирусов, участвующих в вспышке заболевания или связанных с состояниями, которые, как считается, не вызваны вирусами. Глубокое секвенирование также позволяет проводить крупномасштабные просмотры с минимальными усилиями.[13] Систематическое изучение вирусов, поражающих людей (человеческий виром), важно и возможно с помощью этих методов.
  • Полимеразной цепной реакции это инструмент для амплификации и обнаружения конкретных последовательностей ДНК. Его можно использовать для характеристики вирома, но он ограничен необходимостью хотя бы частичной информации о последовательности ДНК.
  • Человек метагеном включает все организмы, которые живут на нас или внутри нас. Вирусы вносят вклад в метагеном и вызывают хроническую инфекцию, поражающую хромосомы; этот метод позволит сформулировать новую оценку количества генов, которые придают чувствительность к данному вирусу, и указать аллели для некоторых вирусов.[14][15]
  • Крупномасштабные исследования антител с ELISA использование донорской крови может помочь определить подверженность человека конкретным вирусам в разных географических регионах.[9]

Разнообразие вирусов человека

Виром человека у здоровых бессимптомных взрослых. Гистограмма показывает количество людей (ось Y), которые были положительными для данного числа различных вирусных родов (ось x).[16]

Виром человека нестабилен и со временем может меняться. Фактически, новые вирусы обнаруживаются постоянно.[9][17][18] С увеличением числа известных вирусов диагностика и лечение новых связанных с вирусами состояний также станет проще.[19][20] Изучение вирома может помочь улучшить разработку лекарств и ограничить использование антибиотиков.[4][18][21]

Одно из первых исследований, в котором использовалось высокопроизводительное секвенирование ДНК для описания разнообразия эукариотических вирусов дцДНК у нормальных людей, включало 706 образцов от 102 субъектов.[16] Это исследование выявило в среднем 5,5 вирусных родов у каждого человека, и эти вирусы включали герпесвирусы, папилломавирусы, полиомавирусы, аденовирусы, анелловирусы, парвовирусы, и цирковирусы.[16]

Виром человека у здоровых бессимптомных взрослых. Вирусные роды (ось Y), обнаруженные у каждого субъекта (ось X), представлены черными полосами. Виром каждого человека можно увидеть, посмотрев на черные полосы в данном столбце.[16]

У каждого человека был отличный вирусный профиль, демонстрирующий высокое межличностное разнообразие вирома. От 1 до 15 вирусных родов (в среднем 5,5) были обнаружены у 92% из 102 отобранных особей (фигура 2).[16] На Рисунке 3 показаны виромы 102 человек, определенных путем отбора проб до пяти основных сред обитания тела, показывая, что широкий спектр вирусов был обнаружен у здоровых людей (Рисунок 3).[16]

102 человека являются носителями семи различных семейств ДНК-вирусов человека (Рисунок 4A).[16] Последовательности были обнаружены преимущественно в носу и коже, сходство с 17 родами папилломавирусов (рис. 4В).[16] Розеоловирусы, преимущественно HHV-7 и в меньшей степени HHV-6, присутствовали среди 98% лиц, предоставивших образцы ротовой полости.[16]

Кроме того, одни и те же вирусы преобладали в разных средах обитания у людей. Например, бета- и гамма-папилломавирусы были вирусами, наиболее часто обнаруживаемыми на коже и в носу (передние ноздри; см. Рисунок 4A, B), что может отражать близость и сходство в микросредах, поддерживающих заражение этими вирусами.[16]

Виром человека в пяти средах обитания. (A) Все вирусы, обнаруженные в пяти средах обитания. Каждый вирус представлен цветной полосой и помечен на оси Y справа. Относительная высота столбца отражает процент субъектов, взятых в пробу на каждом участке тела, у которых был обнаружен вирус. На этой панели полоса, представляющая розеоловирусы в пероральных образцах, отражает максимальную высоту полоски, потому что 98% людей, взятых во рту, содержали розеоловирусы. (B) На этой панели показаны вирусы папилломы, включенные в категорию «Другие вирусы папилломы». Наибольшая высота столбца показывает неклассифицированные вирусы папилломы, обнаруженные в образцах кожи 65% субъектов.[16]

Виром крови человека

Данные полногеномного секвенирования крови 8240 человек без явных инфекционных заболеваний выявили 94 различных вируса у 42% участников исследования. Последовательности включали 19 ДНК-вирусов человека, провирусов и РНК-вирусов (герпесвирусы, анелловирусы, папилломавирусы, три полиомавирусы, аденовирус, ВИЧ, HTLV, гепатит Б, гепатит С, парвовирус B19, и вирус гриппа ).[22] Данное исследование может иметь отношение к трансфузионной медицине. Полиомавирус клеток Меркеля у 49 человек, папилломавирус в крови у 13 человек, парвовирус B19 у 6 человек и наличие герпесвирус 8 у 3 человек.[22]

Влияние на здоровье человека

Виром человека является частью нашего тела и не всегда причиняет вред. Многие скрытые и бессимптомные вирусы присутствуют в организме человека постоянно. Вирусы заражают все формы жизни; поэтому бактериальные, растительные и животные клетки и материалы в нашем кишечнике также несут вирусы.[8] Когда вирусы причиняют вред, заражая клетки организма, может развиться симптоматическое заболевание.

Вопреки распространенному мнению, вредные вирусы могут составлять меньшинство по сравнению с доброкачественными вирусами в организме человека. Идентифицировать вирусы намного труднее, чем идентифицировать бактерии, поэтому наше понимание доброкачественных вирусов в организме человека очень рудиментарно.[4]

Воздействие вирусов на здоровье человека зависит от его состояния. иммунная система.[3][20]

Гипотеза гигиены

Недавние исследования связали зарождающуюся идею гипотеза гигиены к вирусам. Эта гипотеза пытается объяснить высокую частоту таких заболеваний, как астма.[23] и экзема[24] в западном мире чрезмерное использование западными обществами антибиотиков и противовирусных препаратов.

Такое чрезмерное использование потенциально разрушает не только кишечные бактерии, но и вирусы, которые долгое время жили в гармонии с человеческим телом и теперь играют роль в регулировании здоровья человека.

Гипотеза обычно относится к микроорганизмам, но в настоящее время она расширяется и включает вирусы, передаваемые по воздуху, и обычные вирусные инфекции детского возраста, которые становятся все реже.[25]

Влияние расположения кожи

Различные вирусы заселяют кожу человека и различаются по участку кожи.[26] Этот кожный виром включает вирусы человека (т.е. вирус папилломы человека ) и бактериофаги (бактериальные вирусы), которые заражают комменсальные кожные бактерии, такие как Стафилококки.[27]

Сообщества вирусов различаются по влажности и степени защиты от внешней среды.[26]

Эффект диеты

Многие исследования показали, что бактерии и вирусы в кишечнике человека (микробиом кишечника) могут быть изменены путем изменения диеты.[28] Одно исследование, посвященное бактериальным вирусам, называется бактериофаги, в кишечнике обнаружена значительная взаимосвязь между диетой и типом присутствующих бактериофагов.[29] Это было сделано путем сравнения расстояния между кишечными сообществами бактериофагов у людей как до, так и после того, как они перешли на контролируемую диету. Результаты показали, что расстояние между кишечными сообществами бактериофагов у людей, соблюдающих одну и ту же диету, было значительно меньше в конце их диетического лечения, чем в начале, при этом не наблюдалось увеличения сходства сообществ для людей, соблюдающих разные диеты со временем.

использованная литература

  1. ^ "Вирус человека И РНК - Ген - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2016-11-15.
  2. ^ «бактериофаг - Ген - NCBI». www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2016-11-15.
  3. ^ а б c d Wylie, Kristine M .; Weinstock, George M .; Сторч, Грегори А. (1 октября 2012 г.). «Новый взгляд на виром человека». Трансляционные исследования. 160 (4): 283–290. Дои:10.1016 / j.trsl.2012.03.006. ЧВК  3701101. PMID  22683423.
  4. ^ а б c d Уильямс, С. П. (6 февраля 2013 г.). «Другой микробиом». Труды Национальной академии наук. 110 (8): 2682–2684. Bibcode:2013PNAS..110.2682W. Дои:10.1073 / pnas.1300923110. ЧВК  3581985. PMID  23388628.
  5. ^ а б Фонтана, Джудит М .; Александр, Елизавета; Сальваторе, Мирелла (2012). «Трансляционные исследования в области инфекционных заболеваний: современные парадигмы и предстоящие задачи». Трансляционные исследования. 159 (6): 430–453. Дои:10.1016 / j.trsl.2011.12.009. ЧВК  3361696. PMID  22633095.
  6. ^ Прайд, Дэвид Т; Зальцман, Юлия; Хейнс, Мэтью; Ровер, Форест; Дэвис-Лонг, Клара; Уайт, Ричард А; Лумер, Питер; Армитаж, Гэри К.; Релман, Дэвид А. (8 декабря 2011 г.). «Доказательства устойчивой резидентной популяции бактериофагов, выявленные посредством анализа вирома слюны человека». Журнал ISME. 6 (5): 915–926. Дои:10.1038 / ismej.2011.169. ЧВК  3329113. PMID  22158393.
  7. ^ Woolhouse, M .; Scott, F .; Hudson, Z .; Howey, R .; Чейз-Топпинг, М. (10 сентября 2012 г.). «Вирусы человека: открытие и появление». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 367 (1604): 2864–2871. Дои:10.1098 / rstb.2011.0354. ЧВК  3427559. PMID  22966141.
  8. ^ а б Циммер, Карл. "Ваши внутренние львы: узнайте свой виром". Национальная география. Получено 29 апреля 2013.
  9. ^ а б c Делварт, Эрик; Раканиелло, Винсент (14 февраля 2013 г.). «Дорожная карта к вирому человека». Патогены PLOS. 9 (2): e1003146. Дои:10.1371 / journal.ppat.1003146. ЧВК  3573120. PMID  23457428.
  10. ^ Отправитель, R; Fuchs, S; Майло, Р. (январь 2016 г.). «Действительно ли нас намного меньше численности? Возвращаясь к соотношению бактериальных клеток и клеток-хозяев у людей». Ячейка. 164 (3): 337–40. Дои:10.1016 / j.cell.2016.01.013. PMID  26824647.
  11. ^ «Познакомьтесь с триллионами вирусов, из которых состоит ваш виром | EarthSky.org». earthsky.org. Получено 2020-10-10.
  12. ^ Тербер, Ребекка V; Хейнс, Мэтью; Брейтбарт, Мья; Уэгли, Линда; Ровер, Форест (2009). «Лабораторные процедуры для создания вирусных метагеномов». Протоколы природы. 4 (4): 470–483. Дои:10.1038 / nprot.2009.10. PMID  19300441.
  13. ^ Алландер, Т. (6 сентября 2005 г.). «С обложки: клонирование парвовируса человека путем молекулярного скрининга образцов дыхательных путей». Труды Национальной академии наук. 102 (36): 12891–12896. Bibcode:2005PNAS..10212891A. Дои:10.1073 / pnas.0504666102. ЧВК  1200281. PMID  16118271.
  14. ^ Virgin, Herbert W .; Уэрри, Э. Джон; Ахмед, Рафи (1 июля 2009 г.). «Новое определение хронической вирусной инфекции». Ячейка. 138 (1): 30–50. Дои:10.1016 / j.cell.2009.06.036. PMID  19596234.
  15. ^ Кристенсен, Дэвид М .; Мушегян, Аркадий Р .; Доля, Валериан В .; Кунин, Евгений В. (2010). «Новые измерения мира вирусов открыты с помощью метагеномики». Тенденции в микробиологии. 18 (1): 11–19. Дои:10.1016 / j.tim.2009.11.003. ЧВК  3293453. PMID  19942437.
  16. ^ а б c d е ж г час я j k Wylie, Kristine M .; Михиндукуласурия, Кэти А .; Чжоу, Яньцзяо; Содергрен, Эрика; Сторч, Грегори А .; Вайншток, Джордж М. (01.01.2014). «Метагеномный анализ двухцепочечных ДНК-вирусов у здоровых взрослых». BMC Биология. 12: 71. Дои:10.1186 / s12915-014-0071-7. ISSN  1741-7007. ЧВК  4177058. PMID  25212266.
  17. ^ Андерсон, Норман Дж .; Герин, Джон Л .; Андерсон, Н. Ли (1 июля 2003 г.). «Глобальный скрининг вирусных патогенов человека». Возникающие инфекционные заболевания. 9 (7): 768–773. Дои:10.3201 / eid0907.030004. ЧВК  3023425. PMID  12890315.
  18. ^ а б Далке, Катя. "Виром человека". Сеть новостей генома. Получено 2 апреля 2013.
  19. ^ Хэндли, С. А., Текрей, Л. Б., Чжао, Дж., Прести, Р., Миллер, А. Д., Дройт, Л., Эббинк, П., Максфилд, Л. Ф., Камбал, А., Дуан, Э, Стэнли, К., Крамер, Д., Макри, SC, Пермар, С.Р., Шмитц, Дж. Э., Мэнсфилд, К., Бренчли, Дж. М., Визи, Р.С., Стаппенбек, Т.С., Ван, Д., Баруш, Д.Х., Virgin, HW (12 октября 2012 г.). «Патогенная инфекция, вызванная вирусом обезьяньего иммунодефицита, связана с увеличением кишечного вирома». Ячейка. 151 (2): 253–66. Дои:10.1016 / j.cell.2012.09.024. ЧВК  3490196. PMID  23063120.
  20. ^ а б Фоксман, Эллен Ф .; Ивасаки, Акико (1 апреля 2011 г.). «Взаимодействие геном-виром: изучение роли обычных вирусных инфекций в комплексном заболевании». Обзоры природы Микробиология. 9 (4): 254–264. Дои:10.1038 / nrmicro2541. ЧВК  3678363. PMID  21407242.
  21. ^ Пенниси, Э. (24 марта 2011 г.). «Распространение вируса: изучение роли вирусов в нашем организме». Наука. 331 (6024): 1513. Bibcode:2011Научный ... 331.1513P. Дои:10.1126 / science.331.6024.1513. PMID  21436418.
  22. ^ а б Мустафа, Ахмед; Се, Чао; Киркнесс, Юэн; Биггс, Уильям; Вонг, Эмили; Турпаз, Ярон; Блум, Кеннет; Делварт, Эрик; Нельсон, Карен Э. (22 марта 2017 г.). «Виром ДНК крови у 8000 человек». Патогены PLOS. 13 (3): e1006292. Дои:10.1371 / journal.ppat.1006292. ISSN  1553-7374. ЧВК  5378407. PMID  28328962.
  23. ^ Батлер, Кристофер С. (сентябрь 2013 г.). «Распространенность астмы и гуморальный иммунный ответ у сомалийских иммигрантов в США: значение для гипотезы гигиены». Респираторный журнал первичной медико-санитарной помощи: Журнал общей практики дыхательных путей. 22 (3): 262–264. Дои:10.4104 / pcrj.2013.00081. ЧВК  6442840. PMID  23959045.
  24. ^ Страчан, Дэвид П. (10 июня 2014 г.). "Братья и сестры, астма, риноконъюнктивит и экзема: всемирная перспектива международного исследования астмы и аллергии в детстве". Клиническая и экспериментальная аллергия. 45 (1): 126–136. Дои:10.1111 / cea.12349. ЧВК  4298795. PMID  24912652.
  25. ^ Дейли, Д. (октябрь 2014 г.). «Эволюция гигиенической гипотезы: роль воздействия вирусов и микробов в раннем возрасте и их связь с астмой и аллергическими заболеваниями». Текущее мнение в области аллергии и клинической иммунологии. 14 (5): 390–396. Дои:10.1097 / ACI.0000000000000101. PMID  25102107.
  26. ^ а б Ханниган, Джеффри Д.; Meisel, Jacquelyn S .; Tyldsley, Amanda S .; Чжэн, Ци; Hodkinson, Brendan P .; SanMiguel, Adam J .; Майнот, Самуэль; Бушман, Фредерик Д .; Грайс, Элизабет А. (30 октября 2015 г.). "Виром двухцепочечной ДНК кожи человека: топографическое и временное разнообразие, генетическое обогащение и динамические ассоциации с микробиомом хозяина". мБио. 6 (5): e01578–15. Дои:10,1128 / мБио.01578-15. ISSN  2150-7511. ЧВК  4620475. PMID  26489866.
  27. ^ Грайс, Элизабет А .; Kong, Heidi H .; Конлан, Шон; Деминг, Клейтон Б.; Дэвис, Джой; Янг, Элис К .; Программа, NISC Comparative Sequencing; Буффар, Жерар Дж .; Блейксли, Роберт В. (2009-05-29). «Топографическое и временное разнообразие микробиома кожи человека». Наука. 324 (5931): 1190–1192. Bibcode:2009Sci ... 324.1190G. Дои:10.1126 / science.1171700. ISSN  0036-8075. ЧВК  2805064. PMID  19478181.
  28. ^ Фока, Альфредо; Либерто, Мария Карла; Квирино, Анджела; Марасио, Надя; Зикка, Эмилия; Павия, Грация (01.01.2015). «Воспаление кишечника и иммунитет: какова роль вирома кишечника человека?». Медиаторы воспаления. 2015: 326032. Дои:10.1155/2015/326032. ISSN  0962-9351. ЧВК  4405218. PMID  25944980.
  29. ^ Minot, S .; Sinha, R .; Chen, J .; Li, H .; Keilbaugh, S.A .; Wu, G.D .; Lewis, J.D .; Бушман, Ф. Д. (31 августа 2011 г.). «Виром кишечника человека: индивидуальные различия и динамическая реакция на диету». Геномные исследования. 21 (10): 1616–1625. Дои:10.1101 / гр.122705.111. ЧВК  3202279. PMID  21880779.

дальнейшее чтение

  • Дэвид Прайд, «Вирусы внутри вас: триллионы вирусов составляют человеческий виром. Некоторые могут нанести нам вред, но некоторые могут помочь нам, если мы сможем понять, как их использовать», Scientific American, т. 323, нет. 6 (декабрь 2020 г.), стр. 46–53.