В последние годы микробиологическая диагностика заболеваний эволюционирует благодаря интеграции мультиомных подходов.
Сочетание геномного, транскриптомного, протеомного, метаболомного и микробиомного анализа теперь позволяет исследователям фиксировать возникновение и эволюцию инфекций и их реакцию на терапию. Эта трансформация носит не только технологический, но и концептуальный характер, отражая растущее понимание того, что патогены, хозяева и окружающая среда являются взаимосвязанными системами, а не изолированными объектами. Собирая данные на нескольких биологических уровнях, эти подходы обеспечивают разрешение, необходимое для понимания сложных инфекционных процессов, в которых пересекаются сигналы микроорганизмов, реакции организма и сигналы окружающей среды. Этот более широкий сдвиг отражен в девяти статьях, собранных в данном обзоре. Вместе они показывают, как мультиомика может выявлять новые механизмы заболевания, идентифицировать биомаркеры, повышать точность диагностики и расширять наше понимание взаимодействий на экологическом и популяционном уровнях.
Некоторые исследования, посвященные этой теме, иллюстрируют, как мультиомные подходы меняют наше понимание патогенеза. В одном из исследований Candida albicans авторы изучали хрупкий баланс между доброкачественной колонизацией кишечника и инвазивной инфекцией. Объединив секвенирование микробиома, профилирование метаболитов и транскриптомику хозяина, они обнаружили молекулярные и микробиологические сигналы, которые нарушают этот баланс — снижение передачи сигналов PD-1, истощение короткоцепочечных жирных кислот и потерю полезных таксонов, таких как Dubosiella (Zhang et al.). Это исследование служит напоминанием о том, что риск заражения зависит не только от присутствия микроба, но и от окружающей хозяина среды и обмена веществ.
Работа по ретинопатии недоношенных, в которой интеграция секвенирования 16S рРНК с метаболомикой выявила временные изменения в кишечнике младенца, связанные с началом заболевания, также отражает интегративную точку зрения (Guo et al.). Характерные микробиологические изменения, включая увеличение числа таких видов, как клебсиеллы и стафилококки, наряду со снижением численности бифидобактерий, сопровождались изменениями в метаболитах, связанных с биосинтезом жирных кислот и стероидных гормонов. В совокупности эти результаты показывают, как нарушения в экологии кишечника и метаболизме на ранних стадиях могут способствовать прогрессированию заболевания и служить основой для потенциальных диагностических биомаркеров.
В других публикациях подчеркивается растущая клиническая роль диагностических инноваций. Например, по сравнению с традиционными тестами, нанопоровое секвенирование третьего поколения заметно повысило чувствительность и специфичность диагностики внелегочного туберкулеза, выявляя случаи, которые в противном случае остались бы незамеченными (Song et al.). В другом исследовании метагеномное секвенирование жидкости бронхоальвеолярного лаважа, взятого у пациентов с ослабленным иммунитетом, почти удвоило частоту выявления патогенов по сравнению с посевом и серологическим исследованием, что привело к своевременной корректировке лечения и улучшению результатов (Xin et al.).
В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что область микробиологической диагностики меняется — она становится более быстрой, всеохватывающей и менее ограниченной предопределенными ожиданиями. Эти достижения дополняются обзорами, которые объединяют инновации в исследованиях с клиническим применением. Обсуждение масс-спектрометрии MALDI-TOF показывает, как этот некогда специализированный лабораторный инструмент превратился в обычный метод для быстрой идентификации микроорганизмов, определения профиля устойчивости к противомикробным препаратам и даже генетического анализа (Xiong и Guan). Это также привлекает внимание к растущей потребности в расширении и стандартизации баз данных по мере дальнейшего развития этой технологии.
Заглядывая в будущее, компьютерное исследование по классификации данных мультиомике, исследует, как молекулярные и визуальные данные могут быть интегрированы для разработки диагностических моделей, которые являются одновременно интерпретируемыми и адаптивным. Вместе взятые, эти статьи демонстрируют диагностическую парадигму, которая неуклонно переходит от описательного тестирования к интеллектуальному. Таким образом, эти клинические достижения иллюстрируют, как технологии и практический подход объединяются, чтобы по-новому определить точность диагностики и ведения пациентов.
В недавних статьях также подчеркивается важность междисциплинарной интеграции, объединяющей идеи, достижения в диагностике и экологические перспективы, чтобы показать, как развивается микробная динамика внутри клинических границ и за их пределами. В ходе тщательного изучения клещей Hyalomma dromedarii, собранных в Тунисе и Саудовской Аравии, исследователи обнаружили, что география и пол влияют на структуру и стабильность микробиома клещей (Kratou et al.). Тунисские клещи, среди которых преобладают эндосимбионты Francisella, продемонстрировали более устойчивые микробные сети, что свидетельствует об адаптации к засушливой среде. Такие наблюдения расширяют наше понимание переносчиков болезней, иллюстрируя, как давление окружающей среды влияет на микробные экосистемы и, в свою очередь, на потенциал передачи патогенов.
Другое исследование возвращает внимание к передаваемым из поколения в поколение отголоскам инфекции. Младенцы, рожденные от матерей, которые заразились COVID-19 во время беременности, показали более низкое микробное разнообразие и большую вариабельность в микробиоме кишечника, независимо от того, в каком триместре произошла инфекция (Игнатьева и др.). Эти данные свидетельствуют о том, что материнские инфекции могут изменять ранние схемы микробной колонизации, потенциально влияя на развитие иммунитета. Эта работа подчеркивает, что микробиологические нарушения во время беременности могут оставлять едва заметные, но стойкие следы на здоровье новорожденных — область, которая остается жизненно важной для постпандемических исследований и эпиднадзора.
В основе этих вкладов лежит признание того факта, что будущее микробиологии заболеваний определяется интеграцией, а не просто инновациями. Обзор, посвященный сепсису, иллюстрирует эту идею, показывая, как мультиомика может распутать сложные взаимодействия между хозяином и микробиомом, которые приводят к этому опасному для жизни заболеванию (Lu et al.). Авторы описывают стратегии объединения разнородных данных и выделяют остающиеся проблемы - от согласования вычислений до клинической интерпретируемости. Тем не менее, их обсуждение также указывает на открывающиеся возможности: по мере совершенствования аналитических инструментов мультиомика может обеспечить по-настоящему персонализированные и адаптивные подходы к лечению инфекций.
Взятые вместе, девять статей данного обзора охватывают область, находящуюся в стадии активного преобразования. Они демонстрируют мультиомику, эволюционирующую от фрагментарных наблюдений к комплексному пониманию - соединяющую механизмы с диагностикой, экологию с эпидемиологией и компьютерный анализ с клинической практикой. Вырисовывающаяся картина показывает, что микробиология становится не только описательной, но и действенной. Связывая молекулярную глубину с осведомленностью на системном уровне, эти исследования прокладывают путь к будущему, в котором биология инфекции будет пониматься как непрерывный процесс, простирающийся от микробной ниши до пациента и от данных до принятия решения. В этом смысле данный обзор это не только краткий обзор текущего прогресса, но и предварительный обзор того, куда движется интегративная микробиология.
