O Viroma Humano do Intestino Revela uma Multidão de Genomas de Fagos dsDNA

Fagos dsDNA

Esta rica comunidade de bacteriófagos (fagos) exerce uma profunda influência na estrutura e função do bacteriómio, principalmente através da lise bacteriana e transferência de genes. No entanto, o impacto das mutações do viroma em escala populacional permanece em grande parte inexplorado.

O grupo enteroviral, dominado por fagos de ADN de cadeia dupla (dsDNA), rivaliza em número com as populações bacterianas no intestino humano. Membros notáveis destes fagos de dsDNA incluem o crAssphage, o fagos Lak e o Gubaphage/Flandersviridae. Os seus genomas oferecem informações valiosas sobre o seu potencial funcional, características biológicas únicas e papéis ecológicos dentro do intestino humano. Foram realizados extensos estudos sobre estes. genomas de fágios, e agora estão acessíveis em várias línguas.

Num estudo abrangente, foram recolhidas 4.198 amostras fecais de indivíduos japoneses (com uma idade média de 66,4 ± 12,6 anos) que participaram no programa 4D. Estas amostras foram submetidas a sequenciação de metagenomase a meticulosa recolha de dados abrangeu fatores intrínsecos e extrínsecos, como idade, género, índice de massa corporal, estilo de vida, hábitos alimentares, doenças, medicações e mais. Subsequentemente, empregaram um processo analítico inovador para estabelecer um catálogo de fagos de alta qualidade e realizaram análises aprofundadas.

A investigação de enterovírus humanos derivados dos metagenomas intestinais destes 4.198 indivíduos revelou uma abundância de alta qualidade. genomas de fagos dsDNAAlém disso, através de análises de correlação abrangentes envolvendo vários fatores de hospedeiros e ambientais, identificámos numerosos elementos intrínsecos e extrínsecos significativamente associados à estrutura do grupo viral.

Estabelecimento de um Catálogo Robusto de Genomas de Fagos em uma Coorte de Microbioma Japonês

No seu estudo, foi introduzida uma abordagem inovadora para construir um genoma de fago abrangente catálogo dentro de uma coorte de microbioma no Japão. Este processo inovador aproveita a identificação de características específicas do genoma de fagos, diferenciando-se das ferramentas de deteção viral existentes. Os seus resultados indicam que, embora a taxa de verdadeiros positivos esteja ao nível ou ligeiramente abaixo de métodos alternativos, a taxa de falsos positivos é significativamente reduzida, situando-se em apenas 0,4%. Estes resultados sugerem que a sua abordagem é bem adequada para criar catálogos de fago de alta qualidade com mínima contaminação de sequências não-fago.

Através dos seus esforços, identificaram com sucesso um total de 1.125 genomas completos de fago e 3.584 genomas de fago esboçados (com mais de 70% de completude) dentro de um grupo de 4.198 indivíduos japoneses. Notavelmente, 59,9% destes genomas apresentaram alta qualidade. Para avaliar a cobertura deste catálogo em relação aos fagos de DNA de cadeia dupla (dsDNA) no intestino humano, foi realizada a sequenciação de partículas semelhantes a vírus (VLP) em 24 amostras fecais adicionais. Os seus resultados mostraram-se alinhados com outro catálogo de genomas de fago gerado utilizando o software VIBRANT.

Eles empregaram técnicas de previsão de hospedeiros baseadas na região do espaçador CRISPR, que revelaram que os fagos mais prevalentes pertenciam a Thickettsia, Anaplasmae Filo Actinobacteriae, ao nível do género, os seus hospedeiros comuns incluíam Anaplasma, Ruminalococcus, Blautia, e Bifidobacterium. Uma observação notável foi que uma parte significativa dos fagos (71,1%) infectou exclusivamente um único género, designando-os como fagos endémicos, enquanto outros exibiram um alcance de hospedeiro mais amplo, capazes de infectar múltiplos géneros, sendo assim categorizados como fagos universais. Os tamanhos dos genomas dos fagos dentro do Micobactériase Prevotella O filo dos fagos era relativamente grande, consistente com as variações no tamanho do genoma do hospedeiro.

Além disso, o agrupamento de Unidades Taxonómicas Operacionais virais (vOTUs) com base na proporção de proteínas partilhadas que excedem 20% levou à identificação de um total de 223 clusters representando famílias (VCs) ou subfamílias de vírus.

Visão geral dos genomas de fágicos reconstruídos a partir de 4198 metagenomas do intestino humano. (Nishijima et al., 2022)

Identificação de novos clusters virais abundantes e prevalentes no intestino humano. (Nishijima et al., 2022)

Relações Íntimas Entre Vírus Intestinais e Bactérias

Ao comparar as características de vírus e bactérias recolhidos de 4.198 indivíduos, surgiu uma conexão profunda. Houve uma correlação positiva significativa entre a sua diversidade α e β, revelando uma estreita relação estrutural entre as composições viral e bacteriana no intestino humano. Curiosamente, foi observado que os vírus apresentavam uma diversidade β consideravelmente mais alta em comparação com as bactérias, implicando que os vírus possuem uma natureza mais específica para cada indivíduo do que as bactérias.

De forma intrigante, foram descobertas correlações um-a-um entre a abundância relativa de cada fago e o seu hospedeiro previsto ao nível do género dentro dos 4.198 indivíduos. Esta descoberta sugere que os fagos e as suas bactérias hospedeiras envolvem-se numa simbiose mutuamente benéfica dentro do intestino humano. Além disso, foi observado que a correlação entre fagos endémicos e os seus hospedeiros era significativamente mais forte em comparação com fagos universais, lançando luz sobre a especificidade destas interacções.

Para aprofundar estas relações, foi realizada uma exploração de genes antivirais, incluindo sistemas CRISPR-Cas. A abundância destes genes foi quantificada e a sua correlação com a estrutura virológica foi examinada. Os resultados revelaram um aumento significativo no índice de Shannon de vírus em amostras com alta abundância de genes de defesa, em todos os três sistemas de defesa procarióticos, quando comparadas a amostras com baixa abundância destes genes de defesa.

Interações próximas entre o viroma intestinal e o bacterioma. (Nishijima et al., 2022)

Análise Abrangente dos Fatores do Hospedeiro e Ambientais que Impactam a Virologia

Na sua exploração da relação entre a estrutura dos enterovírus e os aspectos fisiológicos e ambientais dos seus hospedeiros, emergiram uma série de descobertas intrigantes. A idade revelou-se um fator crucial, demonstrando uma correlação significativa e positiva com a diversidade viral, juntamente com uma associação positiva com a diversidade bacteriana. Notavelmente, descobriram que a idade apresentava fortes conexões com 176 Unidades Taxonómicas Operacionais Virais (vOTUs), mostrando associações positivas com Clostridium difficile, Clostridium tumefaciens, Bacillus faecalis fagos e fagos de hospedeiro desconhecido. Por outro lado, a idade apresentou uma correlação inversa com o VC_28. Da mesma forma, o sexo exibiu correlações significativas com 68 vOTUs e 24 clusters de vírus (VCs).

Expandindo a sua análise, avaliaram 232 fatores relacionados ao hospedeiro e ao ambiente para investigar as suas relações com as características virais. As associações mais robustas, que influenciam a diversidade enteroviral, foram observadas com fatores clínicos, especificamente medicamentos e doenças. Noventa e sete dos 232 fatores apresentaram correlações significativas com a variação viral, sendo a idade o fator com a correlação mais forte em relação à dinâmica do vírus.

Uma descoberta particularmente intrigante foi feita em relação ao crAssphage (vOTU_974). Não exibiu correlações significativas com nenhum dos fatores analisados, indicando a presença de fatores hospedeiros, ambientais ou ecológicos ainda desconhecidos que contribuem para as variações observadas neste fago extremamente abundante.

Alterações relacionadas com a idade e o sexo no viroma intestinal humano. (Nishijima et al., 2022)

Referência:

1. Nishijima, Suguru, et al. "Variação extensa do viroma intestinal e suas associações com fatores do hospedeiro e ambientais em uma coorte a nível populacional." Comunicações da Natureza 13.1 (2022): 5252.