Das Virom bezeichnet die Gesamtheit der Viren [ 1 , 2 ] , die häufig mittels metagenomischer Sequenzierung viraler Nukleinsäuren [ 3 ] untersucht und beschrieben wird und mit einem bestimmten Ökosystem, Organismus oder Holobionten assoziiert ist . Der Begriff wird oft auch zur Beschreibung von viralen Shotgun-Metagenomen aus der Umwelt verwendet . Viren , einschließlich Bakteriophagen , kommen in allen Umgebungen vor, und Studien des Viroms haben Einblicke in Nährstoffkreisläufe [ 4 , 5 ] , die Entwicklung der Immunität [ 6 ] und eine wichtige Genquelle durch lysogene Konversion [ 7 ] geliefert . Auch das menschliche Virom wurde in neun Organen (Dickdarm, Leber, Lunge, Herz, Gehirn, Niere, Haut, Blut, Haare) von 31 finnischen Individuen mittels qPCR- und NGS- Methoden charakterisiert [ 8 ] .

Geschichte

Die ersten umfassenden Studien von Viromen erfolgten mittels Shotgun-Sequenzierung [ 9 ] , die häufig auch als Metagenomik bezeichnet wird. In den 2000er Jahren sequenzierte das Rohwer-Labor Virome aus Meerwasser [ 9 , 10 ] , marinen Sedimenten [ 11 ] , Stuhlproben von Erwachsenen [ 12 ] , Stuhlproben von Säuglingen [ 13 ] , Bodenproben [ 14 ] und Blut [ 15 ] . Diese Gruppe erstellte zusammen mit Kooperationspartnern des Genomic Institute of Singapore auch das erste RNA-Virom [ 16 ] . Aus diesen frühen Arbeiten wurde geschlossen, dass der größte Teil der genomischen Diversität im globalen Virom enthalten ist und dass ein Großteil dieser Diversität noch uncharakterisiert ist [ 17 ] . Diese Ansicht wurde durch einzelne Genomsequenzierungsprojekte, insbesondere des Mykobakterienphagen, bestätigt [ 18 ] .

Ende der 2010er Jahre ermöglichten Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie eine detaillierte Untersuchung von Viromen. [ 19 ] Insbesondere das Virom des menschlichen Darms hat infolge dieser Fortschritte verstärkte Aufmerksamkeit erlangt. [ 20 ] [ 21 ]

Methoden der Studie

Zur Untersuchung des Viroms werden virusähnliche Partikel von zellulären Bestandteilen getrennt, üblicherweise durch eine Kombination aus Filtration, Dichtegradientenzentrifugation und enzymatischen Behandlungen zur Entfernung freier Nukleinsäuren. [ 22 ] Anschließend werden die Nukleinsäuren sequenziert und mittels metagenomischer Methoden analysiert. Alternativ gibt es neuere computergestützte Methoden, die direkt metagenomisch assemblierte Sequenzen zur Virenidentifizierung nutzen. [ 23 ]

Das Global Ocean Viromes (GOV) ist ein Datensatz, der aus der Tiefensequenzierung von über 150 Proben besteht, die von einem internationalen Team in zwei Untersuchungszeiträumen in den Weltmeeren gesammelt wurden. [ 24 ]

Viruswirte

Wir können den Metagenom-Wirt anhand der Prophagen-Identitätssequenz bestimmen.

Viren sind die häufigsten biologischen Einheiten auf der Erde, doch die Schwierigkeiten bei der Erkennung, Isolierung und Klassifizierung unbekannter Viren haben umfassende Untersuchungen des globalen Viroms bisher verhindert. [ 25 ] Über 5 Terabyte metagenomischer Sequenzdaten aus 3.042 geografisch weit verteilten Proben wurden verwendet, um die globale Verbreitung, die phylogenetische Diversität und die Wirtsspezifität von Viren zu untersuchen. [ 25 ]

Im August 2016 erhöhten über 125.000 partielle DNA-Virusgenome, darunter der bis dahin größte identifizierte Phage, die Anzahl bekannter Virusgene um das 16-Fache. [ 25 ] Mithilfe verschiedener computergestützter Methoden wurden mögliche Wirt-Virus-Verbindungen identifiziert. [ 25 ] Die Wirtsinformationen der isolierten Viren wurden auf Gruppen projiziert, wodurch 2,4 % der Virusgruppen Wirtszuordnungen erhielten. [ 25 ]

Das prokaryotische Immunsystem CRISPR -Cas enthält eine „Bibliothek“ von Genomfragmenten (Proto-Spacer) von Phagen, die den Wirt zuvor infiziert haben. [ 25 ] Spacer aus isolierten mikrobiellen Genomen, die mit metagenomischen viralen Contigs (mVCs) übereinstimmen, wurden für 4,4 % der Virusgruppen und 1,7 % der Einzelviren identifiziert. [ 25 ] Es wurde die Hypothese untersucht, dass virale Transfer-RNA (tRNA)-Gene vom Wirt stammen. [ 25 ]

Virale tRNAs, die in 7,6 % der mVCs identifiziert wurden, konnten Isolatgenomen einer einzigen Spezies oder Gattung zugeordnet werden. [ 25 ] Die Spezifität der tRNA-basierten Wirts-Virus-Zuordnung wurde durch CRISPR-Cas-Spacer-Vergleiche bestätigt, die eine Übereinstimmung von 94 % auf Gattungsebene zeigten. Mit diesen Methoden wurden 9.992 mutmaßliche Wirt-Virus-Assoziationen identifiziert, die eine Wirtszuordnung für 7,7 % der mVCs ermöglichten. [ 25 ] Die meisten dieser Verbindungen waren zuvor unbekannt und umfassen Wirte aus 16 prokaryotischen Stämmen, für die bisher keine Viren identifiziert wurden. [ 25 ]

Viele Viren sind auf die Infektion verwandter Wirte spezialisiert. [ 25 ] Es könnten jedoch auch generalistische Viren existieren, die Wirte verschiedener taxonomischer Ordnungen infizieren. [ 25 ] Die meisten CRISPR-Spacer-Übereinstimmungen betrafen virale Sequenzen und Wirte innerhalb einer Art oder Gattung. [ 25 ] Einige mVCs waren mit mehreren Wirten höherer Taxa verknüpft. Eine aus menschlichen Mundproben bestehende Virusgruppe, bestehend aus macs, enthielt drei verschiedene Photospacer mit nahezu exakten Übereinstimmungen zu Spacern in Actinobacteria und Bacillota . [ 25 ]

Drei auf mVCs kodierte Proto-Spacer wurden in metagenomischen Proben aus der menschlichen Mundhöhle identifiziert und mit CRISPR-Spacern von Wirten aus verschiedenen Stämmen verknüpft: Actinomycetes sp. oral taxon 180 (Actinomycetota) und Streptococcus plurextorum DSM 22810 (Bacillota).
Anteil von 18.470 Viren, die mit vorhergesagten Wirten auf verschiedenen taxonomischen Ebenen in Verbindung stehen.

Im Januar 2017 enthielt das IMG/VR-System [ 26 ] – die größte interaktive öffentliche Virusdatenbank – 265.000 metagenomische Virussequenzen und Virusisolate. Diese Zahl stieg bis November 2018 auf über 760.000 (IMG/VR v.2.0) [ 27 ] . Die IMG/VR-Systeme dienen als Ausgangspunkt für die Sequenzanalyse von Virusfragmenten aus metagenomischen Proben.

Menschliches Virom

Das menschliche Virom umfasst die vielfältigen viralen Gemeinschaften im Körper. Fortschritte in der Hochdurchsatzsequenzierung (HTS) ermöglichten Einblicke in deren Diversität, evolutionäre Dynamik und Genomintegration. Aufgrund der bisher begrenzten Sequenzierung blieben die genetische Zusammensetzung und Diversität gewebsständiger Viren jedoch unzureichend charakterisiert, was das Verständnis ihrer Rolle in der Pathogenese und viralen Evolution erschwerte. Eine 2024 durchgeführte Viromstudie untersuchte persistente Viren in verschiedenen Organen von Personen, die an nicht-viralen Ursachen verstorben waren. Dabei zeigte sich, dass die viralen Sequenzen innerhalb jeder Person hochgradig konserviert waren, was auf die Persistenz einzelner dominanter Stämme hindeutet. Die erhöhte virale Diversität in zwei Fällen legte nahe, dass Reaktivierung die Variabilität beeinflussen könnte. Die Studie identifizierte zudem selektive Einflüsse des Wirts und unerwartete virale Genomintegrationen, darunter MCPyV-Trunkierungen und neuartige Verbindungen zwischen Herpesvirus 6B und mitochondrialer DNA, selbst bei nicht-kanzerösen Personen. Dies liefert neue Erkenntnisse über gewebsständige Viren und deren potenzielle gesundheitliche Auswirkungen. [ 28 ]

Siehe auch

Referenzen

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