Does a sea of viruses inside our body help keep us healthy? / Un mare di virus nel nostro corpo ci aiuta a mantenerci sani?

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Bacteriophages attack bacteria, and a new study shows that a sea of them may protect the human body. / I batteriofagi attaccano i batteri e un nuovo studio dimostra che un mare di essi può proteggere il corpo umano.

A century after they were discovered killing bacteria in the feces of World War I soldiers, the viruses known as bacteriophages, or simply phages, are drawing new attention for the role they might play within the human body. Phages have been found most everywhere, from oceans to soils. Now, a study suggests that people absorb up to 30 billion phages every day through their intestines.

Though where the viruses end up is unclear, those data and other recent studies have scientists wondering whether a sea of phages within the body—a “phageome”—might influence our physiology, perhaps by regulating our immune systems. “Basic biology teaching says that phages don’t interact with eukaryotic cells,” says phage researcher Jeremy Barr of Monash University in Melbourne, Australia, who led the study published this week in mBio. He’s now convinced “that’s complete BS.”

For decades, most medical research on phages focused on turning these bacterial parasites into antibiotics. There have been some compelling success stories, but phage therapy has struggled to become a dependable treatment. 

Yet Barr’s earlier research showed that phages might naturally help protect us from pathogens. Studying animals ranging from corals to humans, he found that phages are more than four times as abundant in mucus layers, like the ones that protect our gums and gut, as they are in the adjacent environment. The protein shell of a phage, it turned out, can bind mucins, large secreted molecules that together with water make up mucus.

This works out well for both phages and mucusmaking animals. Sticking to mucus enables the phages to encounter more of their bacterial prey. And as a result, Barr showed in a series of in vitro studies, the viruses protect the underlying cells from potential bacteria pathogens, providing an additional layer of immunity.

Now, he has found evidence that these viruses can make their way from the gut’s mucus into the body. In a lab dish, his team showed that human epithelial cells such as those that line our guts, lungs, and the capillaries surrounding the brain take up phages and transport them across their interior. The transport mechanism remains unknown, but the researchers spotted the viruses enclosed in vesicles within the cells.

What’s more, the cells consistently took up phages on the side that in the body faces outward, for example toward the gut lumen, and released them on the opposite, inward-facing side. From the rate at which the epithelial cells took up phages in the lab, the researchers estimated that a person might absorb up to 30 billion in a day.

The new study “nicely” shows how phages might get into the body, says molecular biologist Krystyna Da˛browska of the Polish Academy of Sciences’s Institute of Immunology and Experimental Therapy in Wrocław. But she cautions that a lab dish is different from the gut of a living animal, and some of the cells used for Barr’s assays are cancer cells, which might have different rates of phage uptake compared with normal cells.

If phages do get into our tissues, what—if anything—do they do there? Only a few studies address the issue. In 2004, researchers led by Da˛browska reported that a specific type of phage can bind the membrane of cancer cells, reducing tumor growth and spread in mice. A few years later, Da˛browska’s graduate adviser, phage expert Andrzej Gorski, showed that phages can affect the mouse immune system when injected, ramping down T-cell proliferation and antibody production. In mice, they can even prevent the immune system from attacking transplanted tissues.

Barr thinks that in humans, a steady influx of the viruses creates an “intrabody phageome,” which may modulate immune responses. Work published this year by a team of Belgium-based researchers may back up this idea: When white blood cells taken from healthy people were exposed to five different phage species, the cells produced mainly immune molecules known to reduce flulike symptoms and inflammation. And in another hint of an immune link, a group led by immunologist Herbert Virgin at Washington University School of Medicine in St. Louis in Missouri found that people with two autoimmune conditions, type 1 diabetes and inflammatory bowel disease, have altered gut phageomes.

Virgin cautions that his findings are only associations. But Barr goes on to speculate that the phageome might also alert the immune system to the presence of potential pathogens. A bacterial infection would bring a wave of new phages into the body—the parasites of the invading bacteria—which might somehow touch off an inflammatory response that could target the bacteria.

Once scientists understand the role of the human phageome, they could start thinking about using phages to manipulate the bacterial communities within our body and maybe even control our own cells, Barr says. But he, too, is cautious, noting that “phage biology is an inch wide and a mile deep.” Given our current ignorance of phageeukaryote interactions, says Barr, medical uses “are probably decades away.”

ITALIANO

Un secolo dopo che furono scoperti uccidere batteri nelle feci dei soldati della prima guerra mondiale, i virus noti come batteriofagi, o semplicemente fagi, stanno attirando nuova attenzione per il ruolo che potrebbero svolgere all'interno del corpo umano. I fagi sono stati trovati  ovunque, dagli oceani ai terreni. Ora, uno studio suggerisce che le persone assorbono fino a 30 miliardi di fagi ogni giorno attraverso il loro intestino.

Anche se il comportamento virus non è chiaro, quei dati e altri studi recenti spingono gli scienziati a domadarsi se un mare di fagi nel corpo - un "phageome" - possa influenzare la nostra fisiologia, forse regolando il nostro sistema immunitario. "L'insegnamento di base della biologia dice che i fagi non interagiscono con le cellule eucariotiche", afferma Jeremy Barr, ricercatore dei fagi di Monash University a Melbourne, in Australia, che ha condotto lo studio pubblicato questa settimana su mBio. Ora è convinto "che è completo BS".

Per decenni, la maggior parte della ricerca medica sui fagi si è concentrata sulla trasformazione di questi parassiti batterici in antibiotici. Ci sono state alcune storie di successo convincenti, ma la fagoterapia ha faticato a diventare un trattamento affidabile.

Tuttavia, le ricerche precedenti di Barr hanno dimostrato che i fagi potrebbero naturalmente aiutarci a proteggerci dagli agenti patogeni. Studiando animali che vanno dai coralli agli umani, ha scoperto che i fagi sono più di quattro volte più abbondanti negli strati di muco, come quelli che proteggono le nostre gengive e l'intestino, come sono nell'ambiente adiacente. Il guscio proteico di un fago, si è scoperto, può legare le mucine, grandi molecole secrete che insieme all'acqua formano il muco.

Questo funziona bene sia per i fagi che per gli animali che producono muco. Attaccarsi al muco permette ai fagi di incontrare più loro prede batteriche. E come risultato, Barr ha mostrato in una serie di studi in vitro, i virus proteggono le cellule sottostanti da potenziali batteri patogeni, fornendo un ulteriore strato di immunità.

Ora, ha trovato prove che questi virus possono farsi strada dal muco dell'intestino nel corpo. In un laboratorio, il suo gruppo ha dimostrato che cellule epiteliali umane come quelle che rivestono l'intestino, i polmoni e i capillari che circondano il cervello, raccolgono i fagi e li trasportano attraverso il loro interno. Il meccanismo di trasporto rimane sconosciuto, ma i ricercatori hanno individuato i virus racchiusi nelle vescicole all'interno delle cellule.

Inoltre, le cellule hanno costantemente prelevato i fagi sul lato che nel corpo è rivolto verso l'esterno, ad esempio verso il lume dell'intestino, e li ha rilasciati sul lato opposto rivolto verso l'interno. Dalla velocità con cui le cellule epiteliali hanno prelevato i fagi in laboratorio, i ricercatori hanno stimato che una persona potrebbe assorbirne fino a 30 miliardi in un giorno.

Il nuovo studio "graziosamente" mostra come i fagi potrebbero entrare nel corpo, afferma la biologa molecolare Krystyna Da˛browska dell'Istituto di immunologia e terapia sperimentale della Accademia polacca dell'Accademia di scienze a Breslavia. Ma lei avverte che un piatto di laboratorio è diverso dall'intestino di un animale vivente, e alcune delle cellule utilizzate per i test di Barr sono cellule tumorali, che potrebbero avere tassi diversi di assorbimento dei fagi rispetto alle cellule normali.

Se i fagi entrano nei nostri tessuti, che cosa succede se vanno lì? Solo alcuni studi affrontano il problema. Nel 2004, i ricercatori guidati da Da˛browska hanno riferito che un tipo specifico di fago può legare la membrana delle cellule tumorali, riducendo la crescita del tumore e diffondendosi nei topi. Alcuni anni dopo, il consulente laureato di Da˛browska, esperto di fago Andrzej Gorski, ha dimostrato che i fagi possono influenzare il sistema immunitario del topo quando iniettati, dilagando nella proliferazione delle cellule T e nella produzione di anticorpi. Nei topi, possono persino impedire al sistema immunitario di attaccare i tessuti trapiantati.

Barr pensa che negli esseri umani, un costante afflusso di virus crea un "phageome intrabody", che può modulare le risposte immunitarie. Il lavoro pubblicato quest'anno da un gruppo di ricercatori con sede in Belgio potrebbe sostenere questa idea: quando i globuli bianchi prelevati da persone sane sono stati esposti a cinque diverse specie di fagi, le cellule hanno prodotto principalmente molecole immunitarie note per ridurre i sintomi infiammatori e l'infiammazione. E in un altro accenno a un collegamento immunitario, un gruppo guidato dall'immunologo Herbert Virgin alla Washington University School of Medicine di St. Louis nel Missouri ha scoperto che le persone con due patologie autoimmuni, il diabete di tipo 1 e le malattie infiammatorie dell'intestino, hanno alterato i fagociti dell'intestino.

La Vergine avverte che le sue scoperte sono solo associazioni. Ma Barr continua a ipotizzare che il phageome potrebbe anche allertare il sistema immunitario alla presenza di potenziali agenti patogeni. Un'infezione batterica porterebbe un'ondata di nuovi fagi nel corpo - i parassiti dei batteri invasori - che potrebbero in qualche modo eliminare una risposta infiammatoria che potrebbe colpire i batteri.

Da:

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/does-sea-viruses-inside-our-body-help-keep-us-healthy?utm_campaign=news_daily_2017-11-21&et_rid=344224141&et_cid=1678107