Идентификация донорских генов Bacteroides vulgatus, кодирующих белки, которые коррелируют с ранней колонизацией после фекальной трансплантации у пациентов с рецидивирующей Clostridium difficile (аннотация)Идентификация донорских генов Bacteroides vulgatus, кодирующих белки, которые коррелируют с ранней колонизацией после фекальной трансплантации у пациентов с рецидивирующей Clostridium difficile
Вследствие подавляющего действия антибиотиков у пациентов с рецидивирующим Clostridium difficile микробные сообщества кишечника лишены большинства комменсальных микробов.
Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) показала высокую эффективность при лечении пациентов с рецидивирующей инфекцией Clostridium difficile. Исследования показали, что большинство неудач при использовании ТФМ для лечения рецидивирующей инфекции C. difficile происходит в течение первых 4 недель после трансплантации. Недавно FDA одобрило ТФМ для лечения рецидивирующей инфекции C. difficile. Для пациентов с рецидивирующим C. difficile ТФМ использовалась в основном как последнее средство после неудачи стандартной терапии, состоящей из нескольких циклов супрессивных антибиотиков, которые могут практически уничтожить сообщество микроорганизмов реципиента. Степень истощения микробного сообщества реципиента, вызванная несколькими раундами подавляющего действия антибиотиков, также является важным фактором, влияющим на колонизацию донора.
Чтобы лучше охарактеризовать степень колонизации донорских микроорганизмов у реципиентов после ТФМ, в ряде исследований использовалось метагеномное секвенирование в сочетании с новыми информационными инструментами, которые позволили изучить микробное сообщество на уровне штаммов. Нами и другими авторами было показано, что у пациентов с рецидивирующей инфекцией C. difficile, перенесших ТФМ, колонизация донорскими штаммами микроорганизмов может сохраняться в течение 2 лет после ТФМ, что является самым длительным сроком из всех исследованных. Однако динамика ранней колонизации после ТФМ менее определена, поскольку в большинстве исследований не отбираются образцы (или не сообщается) о микробном составе. Интересно, что в предыдущих исследованиях сообщалось, что неудачи в проведении ТФМ чаще всего происходят в течение первых 4 недель после ТФМ, что позволяет предположить, что это критическое время, необходимое для формирования стабильной структуры микробного сообщества.
В данной работе мы изучили динамику колонизации микробного сообщества в ранние сроки после ТФМ. Для этого мы использовали общедоступные массивы данных, содержащие сведения о микробном составе в организме реципиента в различные ранние сроки после ТФМ. Используя наш анализ сходства однонуклеотидных вариантов для отслеживания штаммов, мы сфокусировали анализ на B. vulgatus, который является одним из наиболее распространенных комменсальных фекальных микроорганизмов у человека. Кроме того, Bacteroides, такие как B. vulgatus, считаются моделями для изучения колонизации бактерий в желудочно-кишечном тракте хозяина. Действительно, в предыдущем исследовании на мышах был идентифицирован комплекс генов фактора колонизации комменсалов, который Bacteroides используют для физического взаимодействия с хозяином, опосредующего стабильную и устойчивую колонизацию кишечника.
Для выявления особенностей донорских Bacteroides vulgatus, приводящих к ранней колонизации, мы использовали два массива данных, в которых были собраны образцы фекалий реципиентов в ранние сроки после ТФМ. В первом анализе использовался массив данных по дробному метагеномному секвенированию ДНК Aggarwala et al., включающий 7 доноров, прошедших ТФМ, и 13 пациентов с рецидивирующим C. difficile, у которых образцы кала были взяты уже через 24 ч после ТФМ. Мы выявили 2 доноров, у которых колонизация реципиентов донорскими B. vulgatus была обнаружена уже через 24 ч после ТФМ.
Мы изучили второй массив данных Hourigan et al., в котором были собраны образцы фекалий детей, инфицированных C. difficile, и выявили 1 из 3 случаев ТФМ, в которых также наблюдалась ранняя колонизация донорской B. vulgatus. Мы обнаружили, что 19 генов из 4911, кодирующих белки, были уникальны для трех доноров, имевших раннюю колонизацию. Был идентифицирован ген, входящий в комплекс генов, который, как было установлено ранее, усиливает колонизацию у мышей. Ген, кодирующий уникальный белок семейства фимбриллинов, и 17 генов, кодирующих гипотетические белки, также были специфичны для доноров с ранней колонизацией. Большинство генов, кодирующих гипотетические белки, имели соседние гены, кодирующие белки, участвующие в мобилизации или транспозиции. Наконец, анализ 42 парных образцов фекалий из проекта "Микробиом человека" показал, что ни у одного человека не было обнаружено всех 19 генов, а у двух человек не было ни одного из 19 генов.
Основываясь на результатах нашего исследования, следует рассмотреть возможность скрининга доноров, прошедших ТФМ, на наличие этих генов B. vulgatus, способствующих ранней колонизации, которые могут быть полезны для развития колонизации после ТФМ.
