Elektronmikrofotografi af bakteriofager på en bakteriecelle. (Graham Beards/Wikipedia/CC BY-SA 3.0) Forskning offentliggjort i dag i Naturens mikrobiologi har identificeret 54.118 arter af virus lever i den menneskelige tarm - hvoraf 92 procent tidligere var ukendte.
Men som vi og vores kolleger fra Joint Genome Institute og Stanford University i Californien fandt ud af, var langt størstedelen af disse bakteriofager eller kort sagt 'fager'. Disse vira 'spiser' bakterier og kan ikke angribe menneskeceller.
Når de fleste af os tænker på vira, tænker vi på organismer, der inficerer vores celler med sygdomme som fåresyge, mæslinger eller, for nylig, COVID-19 . Der er dog et stort antal af disse mikroskopiske parasitter i vores kroppe - for det meste i vores tarm - som er rettet mod de mikrober, der lever der.
Alle bæver (men ikke al afføring er ens)
Der har på det seneste været stor interesse for menneskets tarmmikrobiom : samlingen af mikroorganismer, der lever i vores tarm.
Udover at hjælpe os med at fordøje vores mad, har disse mikrober mange andre vigtige roller. De beskytter os mod sygdomsfremkaldende bakterier, modulerer vores mentale velbefindende, sætter vores immunsystem i gang, når vi er børn, og har en løbende rolle i immunreguleringen ind i voksenalderen.
Det er rimeligt at sige, at den menneskelige tarm nu er det mest velundersøgte mikrobielle økosystem på planeten. Endnu mere end 70 procent af de mikrobielle arter, der lever der, mangler endnu at blive dyrket i laboratoriet.
Vi ved dette, fordi vi kan få adgang til de genetiske tegninger af tarmmikrobiomet via en tilgang kendt som metagenomik . Dette er en kraftfuld teknik, hvor DNA er direkte udvundet fra et miljø og tilfældigt sekventeret, hvilket giver os et øjebliksbillede af, hvad der er til stede indeni, og hvad det kan gøre.
Metagenomiske undersøgelser har afsløret, hvor langt vi stadig skal gå for at katalogisere og isolere alle mikrobielle arter i den menneskelige tarm - og endnu længere at gå, når det kommer til vira.
11.810 prøver af afføring
I vores nye forskning minede vi og vores kolleger beregningsmæssigt virale sekvenser fra 11.810 offentligt tilgængelige fækale metagenomer, taget fra mennesker i 24 forskellige lande. Vi ønskede at få et indtryk af, i hvilket omfang vira har taget bolig i den menneskelige tarm.
Denne indsats resulterede i Metagenomic Gut Virus-kataloget, den største sådan ressource til dato. Dette katalog omfatter 189.680 virale genomer, som repræsenterer mere end 50.000 forskellige virale arter.
Bemærkelsesværdigt (men måske forudsigeligt) er mere end 90 procent af disse virale arter nye for videnskaben. De koder tilsammen for mere end 450.000 forskellige proteiner - et enormt reservoir af funktionelt potentiale, der enten kan være gavnligt eller skadeligt for deres mikrobielle og til gengæld menneskelige værter.
Vi borede også ned i underarter af forskellige vira og fandt ud af, at nogle viste slående geografiske mønstre på tværs af de 24 undersøgte lande.
For eksempel en underart af den nyligt beskrevne og gådefulde crAssfage var udbredt i Asien, men var sjælden eller fraværende i prøver fra Europa og Nordamerika. Dette kan skyldes lokaliseret udvidelse af denne virus i specifikke menneskelige populationer.
En af de mest almindelige funktioner, vi opdagede i vores molekylære studietur, var diversitetsgenererende retroelementer (DGR'er). Disse er en klasse af genetiske elementer, der muterer specifikke målgener for at generere variation, der kan være gavnlig for værten. I tilfælde af DGR'er i vira kan dette hjælpe i det igangværende evolutionære våbenkapløb med deres bakterieværter.
Spændende nok fandt vi, at en tredjedel af de mest almindelige viralt kodede proteiner har ukendte funktioner, herunder mere end 11.000 gener, der er fjernt beslægtet med 'beta-lactamaser', som muliggør resistens over for antibiotika såsom penicillin.
Forbinder tarmvirus til deres mikrobielle værter
Efter at have identificeret fagerne, var vores næste opgave at forbinde dem med deres mikrobielle værter. CRISPRs , bedst kendt for deres mange anvendelser inden for genredigering, er bakterielle immunsystemer, der 'husker' tidligere virusinfektioner og forhindrer dem i at ske igen.
De gør dette ved at kopiere og gemme fragmenter af den invaderende virus i deres egne genomer, som derefter kan bruges til specifikt at målrette og ødelægge virussen i fremtidige møder.
Vi brugte denne registrering af tidligere angreb til at forbinde mange af de virale sekvenser til deres værter i tarmens økosystem. Ikke overraskende var meget rigelige virale arter knyttet til meget rigelige bakteriearter i tarmen, for det meste tilhørende bakteriefylaen Firmicutes og Bacteroidota.
Så hvad kan vi gøre med al denne nye information? En lovende anvendelse af en opgørelse over tarmvirus og deres værter er fagterapi. Fagterapi er et gammelt koncept, der går forud for antibiotika, hvor vira bruges til selektivt at målrette mod bakterielle patogener for at behandle infektioner.
Der har været diskussion af potentielt at tilpasse folks tarmmikrobiomer ved hjælp af diætinterventioner, probiotika, præbiotika eller endda 'transpoosioner' (fækale mikrobiotatransplantationer) for at forbedre et individs helbred.
Fagterapi kan være en nyttig tilføjelse til dette mål, ved at tilføje præcision på arter eller endda underartsniveau til mikrobiommanipulation. For eksempel det bakterielle patogen Clostridioides difficile (eller forkortet Cdiff) er en førende årsag til hospitalserhvervet diarré, som kan være specifikt målrettet af fager.
Mere subtil manipulation af ikke-patogene bakteriepopulationer i tarmen kan opnås gennem fagterapi. Et komplet kompendium af tarmvirus er et nyttigt første skridt til sådanne anvendte mål.
Det er dog værd at bemærke, at fremskrivninger fra vores data tyder på, at vi kun har undersøgt en brøkdel af den totale tarmvirusdiversitet. Så vi har stadig et stykke vej igen. 
Philip Hugenholtz , professor i mikrobiologi, Institut for Kemi og Molekylær Biovidenskab, University of Queensland og Soo Jen Low , postdocstipendiat, University of Queensland .
Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs original artikel .