Назальная микробиота как потенциальный диагностический биомаркер сепсиса (аннотация)Назальная микробиота как потенциальный диагностический биомаркер сепсиса
Несмотря на создание третьего международного консенсусного определения сепсиса и септического шока (Sepsis-3) в 2016 году, остается множество аспектов сепсиса, которые требуют дальнейшего изучения с целью улучшения его диагностики.
Эволюция диагностических критериев от Sepsis-1 до Sepsis-3 свидетельствует о необходимости продолжения исследований. Кроме того, критерии диагностики сепсиса перешли от сосредоточения исключительно на воспалительной реакции к включению в них также органной недостаточности, вызванной инфекцией. Несмотря на значительный прогресс в диагностике сепсиса, биологические показатели с высокой чувствительностью и специфичностью до сих пор не определены. Кроме того, низкая частота положительных результатов культивирования и наличие небольшого количества культивируемых микроорганизмов ограничивают диагностику клинического сепсиса. Поэтому выявление нового, эффективного и надежного биомаркера сепсиса давно является целью исследователей.
Предыдущие исследования продемонстрировали связь между сепсисом и дисбиозом микробиома кишечника. По литературным данным, дисбаланс кишечной микробиоты может быть причиной сепсиса. Последние исследования показали, что дисбаланс кишечной микробиоты может негативно влиять на иммунную систему человека, нарушая целостность эпителиальных тканей кишечника и создавая тем самым благоприятные условия для инвазии микроорганизмов, вызывающих сепсис. Из-за сложности и разнообразия кишечной микробиоты специалисты не имеют достаточного представления об их структурном разнообразии и функциональной значимости.
Только в последние годы развитие секвенирования второго поколения и других технологий способствовало более глубокому пониманию микробиома. В некоторых исследованиях сообщалось о различиях в численности определенных родов бактерий у пациентов с сепсисом и без него, причем у умерших от сепсиса пациентов наблюдалось значительное увеличение патогенных видов, таких как Enterococcus. Эти данные позволяют предположить, что данные виды могут служить потенциальными биомаркерами для мониторинга во время госпитализации в отделение интенсивной терапии. Однако из-за высокой сложности кишечной флоры описание нарушений и специфических характеристик кишечной флоры остается сложной задачей.
У пациентов отделений интенсивной терапии сепсис чаще всего вызывается легочной инфекцией. В предыдущих исследованиях сообщалось о связи между сепсисом и дисбиозом микробиома легких. Недавние исследования показали, что назальное микробное сообщество может отражать состояние глубокой легочной инфекции благодаря сходству состава микробного сообщества в верхних и нижних дыхательных путях. Кроме того, выделение микроорганизмов из носа гораздо менее инвазивно, чем бронхоскопия. Также, по сравнению со сложностью и разнообразием микроорганизмов кишечника, назальные микроорганизмы относительно менее сложны. Эта меньшая сложность создает основу для выявления общих комбинаций патогенов для построения моделей.
Задачами этого исследования были описание характеристик микробиоты кишечника и носовой полости у пациентов с сепсисом и без сепсиса и выявление потенциальных микробных биомаркеров для диагностики. Наша главная цель заключалась в том, чтобы охарактеризовать состав микробиоты кишечника и носовой полости у пациентов с сепсисом. В исследование было включено 157 пациентов, в том числе 89 с сепсисом. У пациентов с сепсисом и без сепсиса были взяты назальные мазки и образцы фекалий. Выделяли ДНК, амплифицировали и секвенировали V4-область гена 16S рРНК с помощью технологии Illumina. Для дифференциации септических и несептических пациентов использовали биоинформационный анализ, статистическую обработку и методы машинного обучения.
Наши результаты показали, что сепсис ассоциируется с определенной микробиотой носа, которая позволяет отличить пациентов с сепсисом от пациентов без сепсиса. В частности, наиболее многочисленными родами в микробиоте носа пациентов с сепсисом были Corynebacterium, Staphylococcus, Acinetobacter и Pseudomonas. По сравнению с пациентами без сепсиса, Pseudomonas был одним из наиболее распространенных родов, который обычно связан с пневмонией. Наиболее распространенными бактериями при инфекциях нижних дыхательных путей были Streptococcus pneumoniae и Staphylococcus aureus.
Мы наблюдали незначительные различия в кишечной микробиоте между септическими и несептическими пациентами, несмотря на то, что кишечник является еще одним важным источником сепсиса. Сходство микробиоты кишечника септических и несептических пациентов может быть связано с приемом антибиотиков во время госпитализации, которые оказывают значительное влияние на микробиоту кишечника. Чтобы решить эту задачу, мы отобрали контрольные образцы у пациентов без сепсиса, которым назначали те же антибиотики, что и септическим больным. Полученные нами результаты показали, что микробиота кишечника как у септических, так и у несептических пациентов значительно изменялась при приеме большого количества антибиотиков. У септических пациентов основными обогащенными филами были Actinomycetes, Proteobacteria и Firmicutes, а у несептических пациентов - Firmicutes, Bacteroides и Actinomycetes. Интересно, что изменения в назальной микробиоте септических пациентов были меньше, чем в микробиоте кишечника, что позволяет предположить, что большое количество антибиотиков оказывает меньшее влияние на назальную микробиоту, чем на микробиоту кишечника. Учитывая широкое использование антибиотиков в отделениях интенсивной терапии, назальная микробиота может быть более подходящей для выявления септических пациентов, чем кишечная.
Построенная модель машинного обучения продемонстрировала эффективность назальной микроэкологической модели прогнозирования диагноза. Назальная микробиота пациентов отделения интенсивной терапии эффективно отличает сепсис от несептических случаев и, как диагностический критерий, превосходит микробиоту кишечника. Эти результаты имеют значение для разработки диагностических стратегий и развития медицины критических состояний.
Следует отметить, что наше исследование было направлено на отражение реального клинического сценария, когда большинство пациентов с сепсисом к моменту поступления в отделение интенсивной терапии получали предварительную терапию антибиотиками. Такое предварительное лечение дает уникальное представление о динамике микробиоты после антибиотикотерапии, что является критическим аспектом лечения сепсиса и его прогностической оценки. Усложнение, вносимое антибиотиками, является не просто ограничением, а неотъемлемой частью патологии сепсиса, которая заслуживает внимания в связи с ее влиянием на результаты лечения пациентов и прогноз заболевания. Заглядывая вперед, мы предполагаем возможность дальнейших исследований, возможно, на животных моделях или в более крупных когортах пациентов, чтобы углубить наше понимание роли микробиоты при сепсисе помимо эффекта антибиотиков.
Таким образом, наше исследование предлагает новый подход к выявлению сепсиса на основе назальной микробиоты в условиях отделения интенсивной терапии.
