Karakterisatie van het humane darmviroom in patiënten met leververvetting met als doel de identificatie van biomerkers voor diagnose en doelwitten voor geneesmiddelenontwikkeling.

De collectie van virussen, voornamelijk fagen, in ons maagdarmkanaal vormt een cruciale, maar nog onvoldoende bestudeerde component van het complexe microbiële ecosysteem in de menselijke darm. Hoewel het belang van het darmviroom voor de gezondheid en ziekte van de mens steeds meer wordt erkend, blijft de precieze betrokkenheid van deze virussen bij de ontwikkeling en progressie van chronische leverziekte (CLD), een belangrijke wereldwijde gezondheidsproblematiek, onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. CLD is een complexe en veelzijdige groep aandoeningen die wordt gekenmerkt door progressieve leverschade op de lange termijn, die wereldwijd meer dan 1,5 miljard mensen treft en bijdraagt aan 3,5% van alle jaarlijkse sterfgevallen. Een verstoorde darm-leveras is naar voren gekomen als een cruciale speler in de progressie van CLD. Hoofdstuk 1geeft een uitgebreide inleiding tot de huidige kennis van het darmviroom, de klinische kenmerken van CLD en de darm-leveras.

Begrijpen hoe veranderingen in het darmviroom samenhangen met de aanwezigheid, ernst en gevolgen van CLD, alsook met de interacties met de bacteriële component van het darmmicrobioom, is van vitaal belang voor het ontrafelen van de relatie tussen het darmviroom en de ontwikkeling en progressie van de ziekte. Deze thesis is gericht op het verkennen van het darmviroom in de context van CLD, meer specifiek op patiënten met gedecompenseerde levercirrose, acuut-op-chronisch leverfalen (ACLF) en alcoholische leverziekte (ALD). Specifieke onderzoeksdoelstellingen worden beschreven in Hoofdstuk 2. 

De karakterisering van het darmviroom bestond uit het verrijken van stoelgangstalen voor virusachtige deeltjes, gevolgd door Illumina-sequencing. Virale sequenties werden geïdentificeerd, taxonomisch geclassificeerd en een bacteriële gastheer en levensstijl van fagen werden voorspeld met behulp van bacteriële metagenomische data van dezelfde stoelgangstalen. 

In Hoofdstuk 3 werd een genoom- en gencatalogus van menselijke darmvirussen gegenereerd, die licht werpt op voorheen ongekarakteriseerde virale populaties en hun genen. Darmviromen van gezonde kinderen, adolescenten en volwassenen werden gekarakteriseerd om de samenstelling, diversiteit en functie te bepalen. Beperkte verschillen tussen hen werden aangetoond, met uitzondering van een afname van de temperate faagdiversiteit van de kindertijd naar de volwassenheid, wat overeenkomt met eerdere bevindingen bij zuigelingen. De globale prevalentie van een subset van faaggenomen die zeer prevalent waren in de catalogusstalen werd bepaald, waarbij verschillende leeftijds-, geografie- en ziektegebonden patronen werden onthuld. Bovendien werd een nog niet eerder beschreven faag, genaamd LoVEphage, met een wereldwijde prevalentie van ten minste 14% geïdentificeerd, die voorspeld werd om Bacteroides dorei te infecteren.

Hoofdstuk 4 beschreef het darmviroom in een longitudinaal cohort van patiënten met gedecompenseerde livercirrhose en ACLF. Viromen van patiënten met ACLF werden gekenmerkt door een verhoogde faagdiversiteit vergeleken met viromen van patiënten met gedecompenseerde livercirrhose. Associaties tussen de ernst van de ziekte en de abundantieniveaus van temperate fagen ondersteunen de eerder geopperde hypothese van ontstekingsgeïnduceerde faaginductie. Lactococcus A fagen werden geïdentificeerd als potentiële voorspellers voor de ontwikkeling van ACLF en geassocieerd met mortaliteit op korte termijn. Enterococcus B fagen en hun bacteriën werden in verband gebracht met bacteriële infectie, een belangrijke aanleidende gebeurtenis in de pathogenese van gedecompenseerde levercirrhose, en met hogere sterfte op korte termijn. Hun verband met bacteriële infectie werd bevestigd in een extern validatiecohort. 

In Hoofdstuk 5 werd het darmviroom gekarakteriseerd in een groot cross-sectioneel cohort van patiënten met ALD en gezonde individuen. Een lagere alfa-diversiteit was geassocieerd met de aanwezigheid, maar niet met de ernst van ALD. Verhoogde inter-individuele variatie werd waargenomen bij ALD patiënten in vergelijking met gezonde individuen, en de inter-individuele variatie was verder geassocieerd met de ernst van de ziekte. Verschillende faaggenera waren verminderd in ALD patiënten in vergelijking met gezonde individuen. Flavonifractor fagen waren toegenomen in patiënten met ALD, terwijl verschillende andere Firmicutes-infecterende fagen waren afgenomen, waarvan sommige ook negatief geassocieerd waren met het fibrosestadium. Er konden twee viroomtypes worden geïdentificeerd in dit cohort, die gelinkt konden worden aan de aanwezigheid, ernst en uitkomst van de ziekte. 

Dit onderzoek heeft onze kennis van de samenstelling, diversiteit, functie en dynamiek van het darmviroom in gezondheid en ziekte aanzienlijk verbeterd. De implicaties van deze nieuwe inzichten met betrekking tot de associatie van het darmviroom en de aanwezigheid, ernst en klinische uitkomsten van CLD worden verder besproken in Hoofdstuk 6. De identificatie van specifieke biomarkers op basis van het viroom is veelbelovend voor de ontwikkeling van nieuwe klinische toepassingen om de uitkomsten voor patiënten te verbeteren. Hoewel validatie van deze bevindingen in andere cohorten of diermodellen essentieel is vooraleer ze kunnen worden gebruikt in een klinische setting. Dit onderzoek heeft de weg geëffend voor toekomstig onderzoek gericht op het verder ophelderen van de rol van het darmviroom in het complexe multidimensionale microbiële ecosysteem van de darm en de implicaties ervan voor de gezondheid en ziekte van de mens.