Трансплантация фекальной микробиоты (FMT) является высокоэффективным средством против рецидивирующей инфекции Clostridioides difficile и считается перспективным методом лечения других заболеваний, связанных с микробиомом, однако полное понимание динамики приживления микроорганизмов отсутствует, что препятствует обоснованному применению этого терапевтического подхода.
В данном исследовании мы провели комплексный метагеномный систематический мета-анализ новых и общедоступных микробиомов кала, собранных из 226 триад доноров, реципиентов до и после FMT по восьми различным типам заболеваний. Используя улучшенное метагеномное профилирование штаммов для определения обмена штаммами, мы обнаружили, что реципиенты с более высокой приживаемостью донорских штаммов с большей вероятностью испытают клинический успех после FMT (P = 0,017) при оценке всех исследований.
При рассмотрении всех когорт было отмечено увеличение приживления у лиц, получавших FMT несколькими способами (например, посредством капсул и колоноскопии во время проведения одного и того же лечения), а также у получавших антибиотики реципиентов с инфекционными заболеваниями по сравнению с не получавшими антибиотики пациентами с неинфекционными заболеваниями.
Мы обнаружили различия в вероятности приживления штаммов, связанные с таксономией микроорганизмов и фенотипическими свойствами. Некоторые виды с потенциалом иммунной модуляции (например, Bifidobacteria spp.), грамотрицательные бактерии и некоторые виды с провоспалительным потенциалом (например, Eggerthella lenta) приживались с большей вероятностью, чем большинство Firmicutes, включая предполагаемые бутират-продуцирующие бактерии. Поскольку FMT проводится у пациентов, а не у здоровых добровольцев, остается выяснить, отражают ли общие более высокие показатели приживления провоспалительных микробов присущие им фенотипические особенности, которые способствуют передаче и колонизации в новой среде, или же они лучше приспособлены к воспаленной и дисбиотической среде. Кроме того, внедрение целевых, точно настроенных бактериальных консорциумов в качестве альтернативы традиционной FMT позволит избежать переноса потенциально вредных бактерий (включая патогены, которые могут остаться необнаруженными при скрининге), но пока неясно, могут ли такие консорциумы представлять собой подходящую альтернативу сложной FMT.
Кроме того, мы разработали модель машинного обучения для прогнозирования состава микробиома реципиента после FMT. Учитывая, что мы обучали эту модель на разных массивах данных и по разным заболеваниям, она показала хорошие результаты по сравнению с предыдущим однокогортным исследованием. Обученная нами модель может предсказать доноров с наибольшим потенциалом для формирования микробного состава реципиента в направлении специфических особенностей, таких как увеличение видового богатства, уменьшение протеобактериального богатства или увеличение суммарного обилия бактерий, связанных с благоприятным кардиометаболическим здоровьем. Вместе с более точной идентификацией связанных с болезнью и здоровьем микробных особенностей для каждого конкретного заболевания, этот подход может привести к разработке терапевтических стратегий FMT, основанных на выборе оптимального для конкретного реципиента донора из набора доступных доноров или на специальной сборке консорциумов штаммов.
В нашем анализе мы объединили все доступные метагеномные наборы данных о FMT в клинических условиях, но небольшой размер выборки отдельных исследований, а также гетерогенность заболеваний и клинических протоколов все еще не позволяют более четко определить предикторы приживления микробиома после FMT. Более того, наблюдаемая нами связь между приживлением и клиническим успехом лечения с помощью FMT должна быть подтверждена в исследованиях соответствующего размера с большим числом пациентов в обеих группах и с более точной оценкой клинического успеха.
Также необходимы специальные исследования и рандомизированные контролируемые испытания для уточнения влияния связанных с протоколом переменных, таких как предварительное кондиционирование антибиотиками или комбинированные пути доставки, на приживление штаммов. Оценки скорости приживления также могут быть уточнены как путем более глубокого секвенирования образцов, так и путем разработки вычислительных методов, способных профилировать несколько штаммов одного вида, ко-колонизирующих человека, а также путем лучшего учета небактериальных членов микробиома. Эти дальнейшие усовершенствования и исследования необходимы для эффективного внедрения метагеномной поддержки протоколов FMT в клиническую практику.
