Микробиом человека получил признание как ключевой фактор, влияющий на здоровье, образуя сложную экосистему, не уступающую в хитросплетениях своему хозяину.
Беременность представляет собой уникальный иммунологический и физиологический период, когда микробные сообщества могут оказывать глубокое влияние как на здоровье матери, так и на исход родов. На протяжении всего периода беременности женский организм претерпевает значительные изменения, направленные на поддержание роста плода, что, вероятно, также приводит к перестройке связанной с ним микробной среды. Улавливание динамических изменений микробиома во время этого исключительного периода развития и определение его связей с показателями здоровья имеет большой потенциал для улучшения дородового наблюдения. Однако большинство исследований было сосредоточено на определенных сроках беременности или конкретных заболеваниях и в них отсутствовала целостная перспектива, охватывающая весь материнский микробиом. Всеобъемлющее понимание обширного материнского микробиома и его адаптации в течение беременности остается неполным.
За последние десятилетия было проведено несколько исследований, посвященных изменениям микробиома беременных женщин. Среди этих исследований выделяется работа Koren et al., которая впервые дала представление о сложном взаимодействии между беременностью и динамикой микробиоты кишечника. Ravel et al. разделили микробиоту влагалища на пять различных типов состояния сообщества (CST), а DiGiulio et al. далее продемонстрировали, что CST 4, характеризующийся отсутствием Lactobacillus, имеет обратную корреляцию с гестационным возрастом при родах.
Хотя эти основополагающие исследования обогатили наше понимание микробиома беременных, они в основном были посвящены отдельным участкам тела и преимущественно западным популяциям. Тем не менее, присущая людям изменчивость микробного состава в сочетании с относительно скромными размерами выборки образцов могла затушевать сложные временные и пространственные микробные тенденции. Чтобы всесторонне изучить динамику микробиома беременных в различных популяциях и на разных сроках беременности, необходимо использовать более обширный массив данных для выявления универсально применимых показателей материнского здоровья. Стратегическое использование передовых биоинформационных методов, особенно в контексте более полных баз данных, способно решить проблемы, возникающие из-за нехватки и неоднородности данных. Это, в свою очередь, способствует получению более надежных выводов, которые могли бы ускользнуть от исследований, проведенных в меньшем масштабе.
Многочисленные исследования посвящены осложнениям беременности, однако связь микробиома беременности с такими заболеваниями, как гестационный сахарный диабет, синдром поликистозных яичников и преждевременные роды, остается не до конца изученной. Хотя предыдущие исследования указывали на микробные различия между здоровыми и страдающими от осложнений беременностями, создание последовательных и воспроизводимых сигнатур по-прежнему требует вычислительной интеграции данных высокопроизводительного профилирования микробных сообществ.
Например, применение сетевого анализа, ориентированного на экологическую взаимосвязь, может дать представление об ассоциациях между микробными таксонами и различными заболеваниями. В конечном счете, надежная характеристика композиционных и функциональных изменений, лежащих в основе распространенных осложнений, может проложить путь для диагностики и терапии на основе микробиома, чтобы улучшить дородовое и послеродовое наблюдение. Если исследования будут развиваться конструктивно, эти инструменты смогут помочь поддержать оптимальное самочувствие большего числа пациенток благодаря учету важной роли микробов во время критического периода развития.
В этом исследовании мы провели обширный мета-анализ, объединив данные более 10 000 образцов, полученных из кишечника, влагалища и полости рта беременных женщин из разных географических регионов. Нашей целью было определить траекторию развития микробиома в течение нормальной беременности в различных участках тела, выявить необычную временную динамику и популяционные различия. Удивительно, но мы наблюдали различные конфигурации микробиоты, связанной с беременностью, в западных и незападных популяциях. Кроме того, мы выявили уникальные микробные отклонения, связанные с часто встречающимися нарушениями беременности.
Эти наблюдения подчеркивают идею о том, что во время беременности микробиом претерпевает специфическую для организма реконфигурацию, и эти отклонения потенциально могут играть роль в развитии осложнений. Этот всеобъемлющий микробный атлас дает основополагающее представление об эволюции характеристик микробных сообществ в процессе репродукции. Выяснение того, как микробные конфигурации взаимодействуют с физиологией хозяина и трансформируются в течение репродуктивного периода, открывает большие перспективы для продвижения программ по охране здоровья женщин.
Резкие гормональные сдвиги трансформируют организм женщины для поддержания развития плода. Имплантации и росту эмбриона способствует иммунная толерантность матери, что влечет за собой существенные изменения микробных сообществ, населяющих организм матери. Сложная взаимосвязь между беременностью и микробиомом имеет глубокие последствия для здоровья матери и ребенка. Данное исследование объединило наши собственные и общедоступные данные и реализовало целостный подход, чтобы изменить наше понимание этих сложных взаимодействий в контексте женского репродуктивного здоровья.
Существенное воздействие, оказываемое колебаниями женских гормонов во время беременности, выходит за пределы отдельных участков тела. Учитывая критическую роль и тесную взаимосвязь между микробиотой репродуктивного тракта и состоянием здоровья беременных, последние исследования все чаще фокусируются на микробиоме влагалища. Хотя предыдущие исследования прояснили некоторые аспекты, включая удивительно низкое микробное разнообразие и доминирование штаммов Lactobacillus, многие из этих исследований были сосредоточены на определенных сроках беременности и конкретных географических регионах. Однако благодаря интеграции крупномасштабного набора данных, включающего более десяти тысяч образцов из различных популяций на всех этапах беременности, данное исследование позволило получить неожиданные результаты.
Несмотря на различия, присущие разным народам, изменения микробиоты влагалища демонстрируют тенденцию к уменьшению и формированию единой картины по мере прогрессирования беременности. Эта тенденция становится особенно очевидной на видовом уровне, где L. iners становится преобладающим видом на протяжении всех триместров и географических регионов. Обширные исследования связывают доминирование различных штаммов Lactobacillus с различными исходами беременности, при этом наиболее благоприятным является штамм L. cripatus. Тем не менее, с более широкой точки зрения, мы обнаружили, что наиболее благоприятные виды могут доминировать не во всех средах влагалища. Этот вывод подчеркивает необходимость дальнейших мультиомических исследований для выяснения ассоциаций между конкретными штаммами и женским репродуктивным здоровьем.
По сравнению с микробиотой влагалища, связанные с беременностью изменения в микробиоте кишечника и полости рта не получили достаточного внимания. Согласно предыдущим исследованиям, микробиом кишечника играет важную роль на ранних сроках беременности, влияя на иммунную толерантность и метаболический баланс. В данном исследовании мы преодолели географические ограничения и ограничения по размеру выборки, наблюдая различные траектории микробных сдвигов в кишечнике между здоровыми западными и незападными популяциями.
Примечательно, что в первой группе наблюдается заметное увеличение количества Prevotella, в то время как во второй - постепенное сокращение. Хотя предыдущие исследования указывали на провоспалительную роль Prevotella при ревматоидном артрите и ее ассоциацию с неблагоприятным исходом беременности, наши результаты свидетельствуют о том, что последствия изменений микробиоты кишечника могут зависеть от конкретных популяций. Эти географические различия подчеркивают жизненно важное взаимодействие между факторами окружающей среды, динамикой микробиоты и здоровьем.
Эти данные подтверждают необходимость привлечения обширных клинических и функциональных анализов для полного понимания сложных взаимосвязей между микробиомом и исходами беременности. Кроме того, наш массив данных свидетельствует о различиях в микробиомной структуре полости рта в разных странах, в то время как изменения остаются относительно стабильными в разные триместры. В сочетании с его стабильностью микробиом полости рта потенциально может способствовать неинвазивной диагностике осложнений беременности, вызванных нарушениями в микробиоте.
Гестационный сахарный диабет, синдром поликистозных яичников и преждевременные роды вызывают серьезную озабоченность в области женского репродуктивного здоровья, и наш интегрированный анализ данных позволяет выявить конкордантные микробные отклонения, связанные с этими состояниями. Например, мы обнаружили повышенное присутствие кишечных бактерий Bacteroides как при гестационном сахарном диабете, так и при синдроме поликистозных яичников, которые играют различную роль при этих двух расстройствах, что подчеркивает необходимость персонализированных вмешательств, учитывающих специфический микробный контекст каждого осложнения.
Недавнее исследование связало штамм Bacteroides в кишечнике при синдроме поликистозных яичников, выяснив его влияние на уровень желчных кислот и интерлейкина-22. Наши наблюдения также побуждают к дальнейшему изучению вопроса о том, влияют ли штаммы Bacteroides на гестационный сахарный диабет и синдром поликистозных яичников. В нашем предыдущем исследовании наблюдалось совпадение микробных вариаций между матерями с гестационным сахарным диабетом и их новорожденными на момент родов.
Полученные в ходе этого исследования сведения открывают путь к более глубокому пониманию благополучия матери и ребенка. Мы предполагаем, что особенности микробиома и динамические закономерности в зависимости от срока беременности, географии и участков тела могут в конечном итоге стать основой для точных скринингов, диагностики и терапии, чтобы оптимизировать здоровье беременных. Однако мы признаем ряд ключевых ограничений в этих результатах. Отсутствие подробных метаданных о питании, образе жизни и истории болезни ограничивает анализ в основном таксономическим составом, упуская из виду сложность реального мира.
Хотя мы стремились уменьшить погрешности с помощью многочисленных вычислительных подходов, остаточные связи могут повлиять на выводы. Долгосрочные мультиомические исследования, направленные на изучение этих факторов влияния, будут иметь решающее значение для углубления нашего понимания и практического использования особенностей микробиома беременных.
