Разнообразие и экология гарднерелл при беременности и преждевременных родах (аннотация)Разнообразие и экология гарднерелл при беременности и преждевременных родах
Микробное сообщество, населяющее влагалище, т.е. микробиом влагалища, как влияет на гинекологическое и акушерское здоровье, так и отражает его.
Микробиом влагалища играет роль в развитии инфекций, передающихся половым путем, рака шейки матки, преждевременных родов (ПР - роды при сроке беременности менее 37 недель) и бактериального вагиноза (БВ), полимикробного перерождения анаэробной флоры. Гарднерелла является ключевым родом в микробиоме влагалища. Высокая численность гарднерелл считается, возможно, самым убедительным индикатором БВ и, как сообщается, одной из самых устойчивых таксономических ассоциаций с ПР. Известно, что Gardnerella действует так, что может нанести вред хозяину, например, вырабатывает сиалидазу, которая разрушает защитные муцины во влагалище, и связана с повышенной экспрессией маркеров воспаления. Однако за последние несколько десятилетий стало ясно, что Gardnerella не только является синонимом негативных последствий для здоровья, но и обнаруживается в различном количестве во влагалище женщин без каких-либо симптомов или заболеваний.
Сложность взаимосвязи между Gardnerella и здоровьем может объясняться фенотипической и геномной широтой этого рода, которая до недавнего времени оставалась непонятной из-за классификации всех Gardnerella как одного вида: Gardnerella vaginalis (sensu lato). Несколько исследований показали, что изоляты Gardnerella могут отличаться по фенотипам, связанным с патогенностью, таким как образование биопленок, адгезия к эпителиальным клеткам, цитотоксичность и взаимодействие с Lactobacillus spp..
Gardnerella также демонстрируют геномное разнообразие, намного превышающее то, что обычно ассоциируется с микробным видом. Было предложено несколько схем для разделения Gardnerella vaginalis (sensu lato) на более тонкие таксономические единицы. До недавнего времени одной из наиболее часто использовавшихся была схема четырех филогенетических кладов. В 2019 году Vaneechoutte et al. предложили разделить Gardnerella на 13 геномных видов, основываясь на средней нуклеотидной идентичности 96%, и ввели валидные названия для 4 из этих видов: Gardnerella leopoldii, Gardnerella piottii, Gardnerella swidsinskii и G. vaginalis (sensu stricto). Все больше исследований сообщают о том, что клады, геномные виды или варианты последовательности ампликонов (ASV) Gardnerella по-разному связаны с конкретными фенотипами патогенов и ПР.
Высокопроизводительное секвенирование изменило науку о микробиоме за последние 20 лет, но предыдущие исследования микробиома влагалища в большинстве случаев не позволили различать разновидности Gardnerella. Секвенирование гена 16S рРНК было наиболее распространенным способом профилирования состава микробиома влагалища. В этих исследованиях, как правило, все виды Gardnerella объединялись в одну таксономическую единицу, что исключало возможность выявления различий между вариантами. В нескольких исследованиях использовались подходы с более высоким разрешением ASV для различения некоторых вариантов Gardnerella на основе различий в области V4 гена 16S рРНК, но это дает лишь ограниченное таксономическое разрешение, и не все V4 ASV однозначно отображаются в филогении Gardnerella. Также использовалось ампликонное секвенирование других генов, например гена cpn60. Некоторые другие подходы к выделению вариантов Gardnerella в микробиоме влагалища либо дают низкое разрешение, либо основаны на таксон-специфических маркерных генах, которые не отражают остальную часть микробиома влагалища.
Систематический метод последовательного определения вариантов Gardnerella и возможность идентифицировать эти варианты в контексте микробиома влагалища необходимы для полного понимания роли Gardnerella в состоянии здоровья. Одна из стратегий высокопроизводительного секвенирования позволяет решить эти проблемы путем секвенирования всего геномного материала от всех организмов в сообществе. Этот метод, известный как дробное метагеномное секвенирование, позволяет различать виды внутри рода. Однако легкодоступные вычислительные методы анализа данных дробного метагеномного секвенирования объединяют все варианты Gardnerella. Дробное метагеномное секвенирование все еще не очень широко используется для профилирования микробиома влагалища, отчасти из-за высокой доли ДНК хозяина в образцах вагинальных мазков, но его применение растет. Для того чтобы возросшие затраты на дробное секвенирование были оправданы при изучении микробиома влагалища, необходимы новые методы, которые позволят использовать эти более обширные данные для точного достижения более высокого разрешения в таких важных таксонах, как Gardnerella.
В настоящем исследовании мы разработали и количественно проверили метод идентификации вариантов Gardnerella на основе дробного секвенирования микробиома влагалища. Мы использовали этот метод для определения наличия и численности 6 кладов и 14 геномных или поименованных видов Gardnerella в вагинальных мазках, собранных в течение длительного времени из трех различных когорт беременных женщин. Мы оценили распространенность и богатство кладов и видов, а также продемонстрировали и обнаружили, что удивительно часто все шесть кладов или 14 видов Gardnerella сосуществуют в одном микробиоме влагалища.
Мы обнаружили, что присутствие рода Gardnerella сильно ассоциируется с повышенной микробной нагрузкой, и все клады Gardnerella были связаны с повышенной микробной нагрузкой по крайней мере в одной когорте. Мы также проанализировали, может ли присутствие различных кладов Gardnerella в период беременности быть по-разному связано с риском преждевременных родов. Наконец, мы оценили распространенность и обилие ампликонных вариантов последовательностей Gardnerella из микробиома влагалища семи ранее изученных когорт беременных женщин и нашли доказательства того, что совместное колонизирование несколькими вариантами Gardnerella является обычным явлением в различных популяциях.
Разнообразие Gardnerella как в популяциях, так и внутри отдельных микробиомов влагалища долгое время оставалось недооцененным, как и внутривидовое разнообразие многих других членов микробиома влагалища. Широкое геномное разнообразие Gardnerella привело к ее реклассификации в качестве нескольких видов; здесь мы демонстрируем разнообразие Gardnerella, обнаруженное внутри и между вагинальными микробиомами.
В будущих исследованиях могут быть рассмотрены потенциальные различия в содержании генов вариантов Gardnerella в микробиоме влагалища. Метатранскриптомные исследования могли бы оценить различия в экспрессии генов у разных видов Gardnerella и их влияние на ПР и, возможно, секвенирование с длинным прочтением могло бы улучшить технические трудности, связанные с такими исследованиями. Особенно интересными для измерения могут быть гены, такие как вагинолизин и сиалидаза. Дополнительные исследования могут также изучить механизмы, с помощью которых различные варианты Gardnerella могут дифференцированно взаимодействовать с другими таксонами микробиома влагалища и определять состояние здоровья, и в конечном итоге определить, являются ли определенные Gardnerella spp. особенно патогенными. Настоящее исследование дополняет растущее число доказательств огромного разнообразия внутри рода Gardnerella, и для полного понимания разнообразия Gardnerella в микробиоме влагалища и его связи со здоровьем человека потребуются дополнительное исследование в различных популяциях.
