Полость рта служит одним из основных источников микроорганизмов, которые попадают в нижние дыхательные пути. Вместе с бактериями там присутствуют бактериофаги — вирусы, которые заражают бактерии и могут влиять на состав и свойства микробных сообществ. Бактериофаги избирательно заражают определенные бактерии и обладают низкой токсичностью, поэтому их рассматривают как перспективное средство для лечения бактериальных инфекций полости рта и дыхательных путей. Однако изучать эти вирусы сложно: в образцах из дыхательных путей их относительно мало, а значительную часть выделенной ДНК составляет ДНК человека.
Чтобы получить более полное представление о вироме полости рта и дыхательных путей, китайские ученые объединили около 22 700 метагеномов, собранных в разных регионах мира. На их основе они создали Oral and Airway Viral Genome Catalogue — OAVGC, крупный каталог вирусных геномов полости рта и дыхательных путей, включающий около 141 500 вирусных геномов. Ученые установили, какие микроорганизмы заражают представленные в каталоге вирусы, и оценили их возможную антибактериальную активность.
Затем ученые проверили, связаны ли особенности вирома дыхательных путей с респираторными заболеваниями. Для этого они проанализировали несколько наборов данных, в том числе когорту пожилых людей, за которыми наблюдали в течение длительного времени.
Состав вирома был связан с:
- заболеваниями дыхательной системы, прежде всего с острыми респираторными инфекциями;
- функцией легких;
- показателями общего состояния здоровья пожилых людей;
- восприимчивостью к инфекциям верхних дыхательных путей.
Белки фагов могут стать основой для разработки антимикробных препаратов
Ученым удалось классифицировать 97% групп вирусов из OAVGC. Всего они выделили 769 вирусных семейств, причем почти половина ранее не была описана. Подавляющее большинство семейств относилось к бактериофагам. Около половины групп вирусов принадлежало к умеренным фагам, способным встраивать свой генетический материал в геном бактерии, а 36% — к вирулентным фагам, которые размножаются в клетке и приводят к ее разрушению.
Для почти 73% фагов ученые определили предполагаемых бактериальных хозяев. Чаще всего ими были бактерии родов Streptococcus, Veillonella, Pauljensenia, Neisseria, Actinomyces и Prevotella. При этом большинство фагов могло заражать более чем один вид бактерий. Особенно часто широкий круг предполагаемых хозяев наблюдался у умеренных фагов.
Многие фаги несли гены, способные влиять на метаболизм бактерий. Кроме того, ученые обнаружили 108 генов устойчивости к антибиотикам — гликопептидам, тетрациклинам, макролидам и аминогликозидам.
У 82% групп фагов ученые обнаружили белки с потенциальной антибактериальной активностью. Их предполагаемыми мишенями чаще всего были бактерии родов Streptococcus, Neisseria и Veillonella. Большинство этих белков действует на определенные группы бактерий, поэтому их можно рассматривать как кандидатов для разработки антимикробных препаратов направленного действия.
Респираторные заболевания связаны с устойчивыми изменениями вирома полости рта и дыхательных путей
Анализ вирома может стать дополнительным источником информации о респираторных инфекциях.
Острые инфекции дыхательных путей сопровождаются снижением разнообразия вирусов и изменением состава вирома. По составу вирома ученые смогли с высокой точностью отличать пациентов с респираторными инфекциями от здоровых участников.
У пожилых изменения вирома сохранялись как минимум 30 дней после инфекции. Состав вирома различался в зависимости от того, были ли инфекции связаны с бактериальными или вирусными патогенами.
При хронических заболеваниях выраженные изменения вирома были обнаружены при ХОБЛ, тогда как при муковисцидозе различия не достигли статистической значимости.
Виром дыхательных путей связан с функцией легких и риском респираторных инфекций
У пожилых участников состав вирома дыхательных путей был связан с функцией легких, показателями крови (например, уровнями триглицеридов и азота мочевины), общим состоянием здоровья и развитием инфекций верхних дыхательных путей.
Связь с функцией легких, преимущественно наблюдалась для фагов, заражающих Streptococcus и Neisseria. Связь с показателями гериатрического здоровья наблюдалась для фагов, заражающих Streptococcus, Veillonella, и фагов с неустановленными хозяевами.
Особенно заметной оказалась связь с будущими инфекциями: у участников, которые заболели в течение следующего года, исходный виром был обогащен фагами, заражающими Neisseria. Это позволяет рассматривать фаги, инфицирующие Neisseria, в качестве потенциальных маркеров, ассоциированных с повышенной восприимчивостью к последующему развитию респираторных инфекций.
