Indagare la composizione virale nei campioni di microbioma intestinale

I virus sono piccoli agenti biologici che si trovano praticamente ovunque sulla Terra. Giocano un ruolo fondamentale nel microbioma intestinale, che è la raccolta di microbi che vivono nei nostri intestini. Infatti, il numero di virus nel nostro intestino può arrivare fino a un trilione, una cifra simile a quella dei batteri. Anche se ci sono tanti virus, il peso totale del loro materiale genetico nell'intestino è sorprendentemente piccolo, circa 50 microgrammi. Questa quantità ridotta rende difficile studiare i virus, soprattutto in campioni che non presentano molta diversità, come quelli prelevati dai neonati.

Una grande sfida nello studio di questi virus è distinguere i segnali reali dai campioni dalla Contaminazione involontaria proveniente dall'ambiente. Questo problema è stato al centro di discussioni recenti, in particolare riguardo al microbioma della placenta e del sangue. Per garantire l'accuratezza, è fondamentale includere Controlli negativi (NC) in ogni fase del processo di campionamento. Alcune delle migliori pratiche in questo campo includono il sequenziamento degli NC insieme ai campioni e la filtrazione delle sequenze trovate negli NC durante l'analisi dei dati. Tuttavia, c'è ancora molto da imparare su come la contaminazione influisce sui campioni di viroma e su come pulirli in modo efficace.

#Esplorazione della composizione virale nei controlli negativi

L'obiettivo principale delle ricerche recenti era esaminare la composizione virale negli NC, capire come la contaminazione ambientale influisca sui campioni, specialmente quelli con basse quantità di virus, e scoprire di che livello di dettaglio abbiamo bisogno per pulire i campioni di viroma. La ricerca ha utilizzato dati di diversi studi precedenti incentrati sui viromi della prima vita che avevano eseguito procedure specifiche per arricchire particelle simili ai virus e avevano reso i loro dati disponibili pubblicamente. Questi studi includevano 1.321 Campioni Biologici, per lo più da neonati, e 55 NC, il che ha permesso ai ricercatori di identificare un numero vasto di potenziali sequenze virali.

Il team di ricerca voleva prima vedere se alcune caratteristiche specifiche dei campioni potessero aiutare a distinguere gli NC dai campioni biologici. Hanno esaminato fattori come il numero di letture, le sequenze ricostruite, la completezza dei genomi virali e la loro diversità. Tuttavia, non hanno trovato differenze significative tra NC e campioni biologici per nessuna di queste caratteristiche. Anche se due studi hanno mostrato differenze notevoli in ricchezza e diversità esaminati separatamente, i risultati non erano abbastanza coerenti per trarre conclusioni solide.

#Differenze nella composizione del viroma

Successivamente, il team di ricerca ha indagato se ci fossero differenze nella composizione dei viromi tra NC e campioni biologici. Hanno classificato le unità tassonomiche operative virali (vOTUs) in base al tipo di acido nucleico trovato nei virus. Hanno scoperto che gli NC avevano una proporzione inferiore di virus a DNA a filamento singolo rispetto ai campioni provenienti da fonti biologiche. Inoltre, in alcuni studi c'erano meno virus RNA rispetto agli NC. In particolare, la maggior parte dei virus trovati negli NC era procarioti, il che significa che colpivano principalmente i batteri, e questo risultato era in linea con ricerche precedenti.

I ricercatori hanno anche esaminato i tipi di virus trovati negli NC per determinare se corrispondessero a quelli tipicamente trovati nei campioni intestinali umani. Hanno scoperto che gli NC contenevano virus spesso associati al microbiota intestinale, compresi tipi comuni come Bacteroides ed Escherichia. Questo suggerisce che i virus presenti negli NC sono simili a quelli tipicamente trovati nei nostri intestini.

#Sovrapposizione dei virus in studi diversi

La prossima domanda che i ricercatori si sono posti era se gli NC di studi diversi contenessero virus sovrapposti. Hanno notato che, sebbene nessuna delle vOTUs fosse comune a tutti gli studi, alcune erano condivise tra alcuni studi, evidenziando un certo grado di coerenza nei virus rilevati. Tuttavia, molte delle vOTUs erano uniche per studi individuali. Questa distintività riflette probabilmente le variazioni negli ambienti in cui sono stati raccolti i campioni o il modo in cui sono stati trattati.

I ricercatori hanno poi analizzato la contaminazione nei campioni biologici confrontando le loro vOTUs condivise con quelle degli NC. Sorprendentemente, hanno trovato che solo una piccola percentuale di campioni biologici non condivideva alcuna vOTU con gli NC. Una parte significativa condivideva gran parte della loro composizione con gli NC, indicando che la contaminazione è un fenomeno comune. La sovrapposizione tra questi campioni suggeriva che i livelli di contaminazione potessero essere stimati utilizzando la condivisione delle vOTUs con gli NC di altri studi.

#Esaminare la contaminazione tra diversi tipi di campioni

Il team di ricerca voleva scoprire se la contaminazione variava tra i campioni materni e quelli dei neonati, così come tra le diverse età dei neonati. In studi in cui erano disponibili entrambi i tipi di campioni, hanno trovato che i neonati condividevano una percentuale più alta di vOTUs con gli NC rispetto alle madri. È interessante notare che il livello di contaminazione sembrava diminuire man mano che i neonati crescevano, il che era particolarmente evidente in uno studio longitudinale.

La bassa diversità nei campioni intestinali dei neonati li rende più suscettibili alla contaminazione, rendendo fondamentale comprendere meglio questo aspetto per la ricerca futura. I ricercatori hanno scoperto che i virus presenti negli NC erano simili a quelli trovati nell'intestino, portandoli a esaminare se la sovrapposizione indicasse davvero contaminazione o riflettesse semplicemente somiglianze virali più ampie.

#Importanza della disinfezione a livello di ceppo

Per approfondire queste sovrapposizioni, i ricercatori si sono concentrati sui ceppi virali per determinare se condividessero davvero ceppi simili con i loro NC. Hanno scoperto che un numero considerevole di vOTUs condivise tra NC e campioni biologici presentava differenze di ceppo, che rappresentavano probabilmente segnali biologici accurati. Questo ha portato il team a suggerire che la disinfezione dovrebbe essere eseguita a livello di ceppo piuttosto che a livello di vOTU per una maggiore accuratezza.

Dopo aver applicato una pulizia a livello di ceppo, i ricercatori hanno notato una leggera diminuzione della ricchezza di vOTU tra i campioni che erano stati influenzati da NC. Le vOTUs condivise con gli NC sono diminuite significativamente, rafforzando la loro proposta per una disinfezione a livello di ceppo.

#Conclusione e implicazioni per la ricerca futura

In sintesi, i risultati evidenziano un alto grado di somiglianza tra NC e campioni biologici in termini di caratteristiche ecologiche e genomiche essenziali. Anche se c’erano molte qualità sovrapposte, la maggior parte dei virus condivisi rappresentava ceppi diversi. Questo indica l'importanza di eseguire la disinfezione a livello di ceppo, poiché può preservare caratteristiche cruciali dei campioni.

La diversità delle composizioni degli NC indica differenze tra gli ambienti di studio. Tuttavia, la correlazione nella condivisione delle vOTU tra i campioni e gli NC provenienti da vari studi mostra un metodo utile per stimare i livelli di contaminazione in studi che mancano di NC. La contaminazione nei dati di viroma è un problema inevitabile, quindi è necessario utilizzare NC provenienti da varie fonti e fasi di elaborazione per gli studi futuri. Questo è particolarmente significativo per l'esame dei viromi della prima vita, poiché i campioni prelevati più vicino alla nascita mostrano una maggiore tendenza alla contaminazione.

#Riepilogo dei set-up degli studi

Diversi studi hanno contribuito a questa comprensione complessiva dei viromi nella prima vita. Ognuno aveva un diverso set-up e focus, inclusi il tracciamento longitudinale di coppie madre-neonato, campioni di diverse età provenienti da ospedali e l'esame specifico della prima feci dei neonati. Tutti questi aspetti messi insieme costruiscono un quadro complessivo del panorama del viroma, spingendo oltre i confini della nostra conoscenza in quest'area.

La ricerca sui virus nell'intestino è fondamentale poiché può far luce su vari problemi di salute e sull'importanza dell'esposizione microbica precoce. Man mano che la nostra comprensione cresce, cresce anche il potenziale per migliorare gli esiti di salute attraverso uno studio attento di questi enti biologici.