Фагеом нормальной и воспаленной кожи человека (аннотация)
Атопический дерматит (АД) - распространенное хроническое воспалительное заболевание кожи, которое, как считается, провоцируется факторами окружающей среды у генетически восприимчивых лиц.
В основе патомеханизмов лежат нарушения Т-клеточного иммунитета, барьерной функции эпидермиса и изменения микробиоты кожи. За последнее десятилетие накоплены подробные знания о микробиоме кожи в здоровой и больной коже. В настоящее время хорошо известно, что микробиом изменяется от разнообразных бактериальных сообществ в здоровой коже до сообществ с преобладанием Staphylococcus aureus при АД.
В то же время мало что известно о других таксономических группах, населяющих кожу, таких как вирусы и бактериофаги, грибы и археи. Бактериофаги (фаги) - это небольшие, повсеместно распространенные вирусы, поражающие бактерии. Считается, что фаги формируют состав комменсальных и патогенных микробиомов в органах человека и на барьерных поверхностях, например, в кишечнике. Биологически считается, что на долю фагов приходится от 20 до 40% лизиса бактерий. Кроме того, в процессе лизогенного жизненного цикла они интегрируются в геномы бактерий, что может способствовать генетическому обмену между ними.
По имеющимся оценкам, существует 1031 вид фагов, инфицирующих микробные сообщества, однако в настоящее время доступна лишь небольшая часть полных геномов фагов. Серьезной проблемой является идентификация фаговой ДНК из некультивируемых образцов, поскольку, в отличие от бактерий, фаги не имеют общих геномных признаков. Однако последние достижения в области машинного обучения сделали возможной надежную идентификацию фагов по крупным метагеномным массивам данных. Это позволило получить первые сведения о взаимодействии фагов и бактерий, например, в океане и почве.
Большая часть знаний о фагах в контексте микробиома человека основана на анализе фагов кишечника. В кишечнике человека обнаружено 108 фагов/мл фекального фильтрата. В кишечном фагеоме человека высока доля профагов, велика доля "вирусной темной материи", которую невозможно отнести к какому-либо таксону, высока межиндивидуальная вариабельность, но, по-видимому, она стабильна в течение длительного времени у одного и того же хозяина. У пациентов с болезнью Крона распределение семейств фагов смещается от Microviridae в сторону Caudovirales. Фаги также потенциально перспективны в терапевтических целях. Так, фаговая терапия применялась при воспалительных заболеваниях кишечника, для воздействия на штаммы Klebsiella pneumoniae при инфекциях, связанных с переломами, а также для воздействия на Mycobacterium abscessus при лечении муковисцидоза. В другом исследовании фаги успешно использовались против штамма Mycobacterium chelonae с множественной лекарственной резистентностью.
В недавнем исследовании на коже человека был обнаружен большой набор вирусных метагеномных геномов (vMAGs) на нескольких участках тела, включая скопление фагов-"джамбо" на ступнях. Однако мало что известно о точном составе фагеома и идентичности фагов в нормальной и больной коже человека. Учитывая тот факт, что бактериальный микробиом кожи претерпевает значительные изменения при прогрессировании АД, мы предположили, что фаги могут претерпевать аналогичные видовые изменения в этой среде и тем самым вносить свой вклад в патогенез заболевания.
С помощью метагеномного секвенирования мы охарактеризовали фаговый геном нормальной кожи здоровых людей и воспаленной кожи пациентов с АД. Выявлено большое количество ранее не идентифицированных (кожных) vMAGs, численность некоторых из которых зависела от воспаления. Примечательно, что доля некоторых интегрированных специфичных для S. aureus vMAGs увеличивается в их бактериальных хозяевах, что указывает на то, что они обеспечивают преимущество выживания для инфицированных бактерий. Поскольку кожа легко доступна для топической терапии, в будущем модификация микробиома при АД может быть достигнута с помощью фаговой терапии.
Несмотря на то, что наше исследование дает первые представления о дисбиозе бактериофагов при АД, для ускорения обоснованного поиска кандидатов для фаговой терапии и углубления понимания геномики и эволюции генома фагов необходимо сочетание обсервационных исследований без использования культур с исследованиями культивирования фагов in vitro при различных заболеваниях кожи.
