Бактериофаг crAssphage — старый друг человека

Бактериофаг (вирус бактерий) crAssphage был открыт в 2014 году методом компьютерного анализа открытых данных по метагеному человеческого кишечника. По-видимому, это первый организм, названный в честь компьютерной программы — crAss (cross-assembly), с помощью которой он был обнаружен. Вскоре выяснилось, что это обычный компонент микробиома человеческого кишечника. В 2017 году вышла статья, ведущим автором которой был Евгений Кунин, — о масштабном поиске в геномных и метагеномных базах данных, который обнаружил обширное семейство бактериофагов, родственных crAssphagе. Однако распространенность и разнообразие самого этого бактериофага в глобальном масштабе до сих пор не изучались.

В новом исследовании, результаты которого опубликованы в Nature Microbiology, участвовали 115 ученых из 65 стран, включая Россию. Удалось собрать последовательности ДНК crAssphagе со всего мира; всего изучили 32273 последовательности. Материалы были получены от добровольцев, извлечены из проб сточных вод, взяты у приматов, а также из трех мумий доколумбовой Америки и знаменитого Этци — ледяной мумии возрастом 5300 лет, найденной в Альпах. (Правда, в мумиях обнаружить ДНК бактериофага не удалось: или эти люди при жизни были crAssphagе-негативными, или ДНК разрушилась за тысячелетия.)

«Мы в долгу перед нашими замечательными коллегами со всего мира, которые помогли нам исследовать глобальное разнообразие этого уникального вируса, — говорит Роберт Эдвардс из Университета Сан-Диего, руководитель проекта и ведущий автор статьи 2014 года об открытии crAssphage. — Это действительно первый в мире подобный проект такого масштаба».

Примечательно, что бактериофаги с геномами, коллинеарными crAssphage, были найдены у приматов Старого и Нового Света. Это позволяет предположить, что crAssphage появился в нашем вироме давно — его сосуществование с приматами продолжается миллионы лет.

Вирусы считаются наиболее изменчивым компонентом микробиомов. Тем не менее, последние данные показывают, что виром кишечника человека удивительно стабилен по сравнению с другими виромами. «Наши результаты бросают вызов представлениям о геномном мозаицизме вирусов, демонстрируя, что геномная структура фагов может быть удивительно консервативной в стабильной среде человеческого кишечника», — говорится в статье.

С другой стороны, интересный материал для наблюдений предоставляет эволюционная изменчивость вируса. Построив филогенетические деревья для изученных последовательностей, авторы убедились, что их разнообразие отражает и географическое распределение вируса, и распределение во времени. Эволюция фага протекает и внутри индивидов — так, 20 различных геномов crAssphage обнаружено в фекальных виромах трех пар женщин-близнецов и их матерей.

Кроме того, ученые проверили, связан ли crAssphage с теми или иными таксономическими группами кишечного микробиома, различными показателями здоровья человека и пищевыми факторами. Для этого использовались данные более чем 1000 человек. Были выявлены сильные корреляции с различными кладами бактерий, принадлежащими к типу Bacteroidetes, и слабые ассоциации с некоторыми диетами. Существенной связи фага crAssphage со здоровьем или болезнью не обнаружено.

Таким образом, crAssphage — доброкачественный космополитический вирус, который с давних времен сосуществует с человеком как неотъемлемая часть кишечного вирома.

В статье высказывается предположение, что знание «географических» сигнатур crAssphage позволит использовать его для идентификации источника загрязнения. «Наша команда в Университете Нотр-Дам предполагает потенциальные возможности использования недавно идентифицированного вируса, например, как альтернативы E.coli или другим бактериям — индикаторам фекального загрязнения, которые не являются специфичными для человека», — говорит один из авторов исследования Кайл Бибби.