Сборка микробиома пирсинга человека (аннотация)
Кожа, как самый большой орган, представляет собой разнообразную экосистему обитания микробов, которые постоянно подвергаются воздействию меняющихся внешних условий.
Функционально микробиом кожи человека играет важную роль в поддержании здоровья кожных покровов. Патогенные виды, такие как Staphylococcus pyogenes, Staphylococcus aureus и стрептококки группы А, как известно, вызывают кожные инфекции, в то время как комменсальные виды, такие как Cutibacterium acnes и Staphylococcus epidermidis, могут защищать от патогенов посредством регуляции иммунной системы.
Сдвиги в микробиоме кожи человека связаны со многими заболеваниями, такими как атопический дерматит, псориаз, акне вульгарис и хронические раны, однако исследований динамики сообщества микробиомов здоровой кожи, особенно после внешних возмущений, очень мало. Эти исследования показывают, что многие распространенные виды деятельности, такие как использование косметики и кремов местного действия, пребывание на солнце, занятия спортом с прямым контактом, прием минеральных ванн и переезд, являются быстрым нарушением окружающей среды для микробиома кожи человека. Эти виды деятельности оказывают потенциально значительное и непреднамеренное воздействие на сборку микробного сообщества с различными экологическими и эволюционными реакциями в зависимости от масштаба и функционального контекста конкретных таксономических групп.
Таким образом, микробиом кожи человека очень динамичен, а лежащие в его основе процессы сборки могут иметь важные последствия для здоровья, например, для понимания экологической сукцессии микробных сообществ во время восстановления ран или дерматологических заболеваний. Процессы сборки сообществ микробиома кожи человека также легко заметны благодаря относительно простому таксономическому составу и короткому времени генерации бактерий.
Одним из уникальных видов деятельности человека, который может влиять на микробиом кожи, является пирсинг. Пирсинг кожи присутствовал в человеческих обществах, по крайней мере, еще во времена ледникового человека Этци, жившего около 5000 лет назад, у которого были проколоты мочки ушей. Пирсинг кожи использовался для выражения индивидуальной и групповой идентичности и играл важную роль в традиционных обычаях и обрядах перехода в различных культурах по всему миру.
Помимо антропологического и социологического значения, мы предложили рассматривать пирсинг кожи человека в качестве модели для изучения процессов формирования биологических сообществ после быстрых изменений окружающей среды. Пирсинг обычно начинается со стерилизации поверхности кожи, что, по нашей гипотезе, является серьезным экологическим нарушением для местного микробиома кожи. Затем пирсинг кожи изменяет ее физическую топологию, после чего сразу же вставляются хирургические шпильки из нержавеющей стали, как правило, на срок не менее двух недель. Предполагается, что в результате образуется новая экологическая ниша, которая отличается от ранее не проколотой кожи по многим параметрам, таким как площадь поверхности, температура, кислотность, влажность и воздействие окружающей среды. Такой резкий сдвиг в окружающей среде должен коренным образом изменить экологические и эволюционные силы, действующие на микробиом пирсинга.
В данном исследовании мы предположили, что микробиом пирсинга уха человека:
(1) станет более разнообразным и экологически сложным, поскольку новая среда пирсинга обеспечивает повышенную защиту, стабильность и питательные вещества,
(2) будет демонстрировать меньшую изменчивость во времени, поскольку экологическая преемственность приведет к детерминированной сборке равновесной структуры сообщества, и
(3) отразит переход среды кожи от сальной к влажной через повышенное удержание влаги, что приведет к уменьшению численности Cutibacterium и увеличению Staphylococcus.
Мы проверили эти гипотезы, взяв образцы микробиомов человеческих ушных пирсингов в течение двухнедельного периода времени. Одновременно были взяты образцы микробиомов кожи с соседних участков нестерилизованной и непроколотой кожи в качестве контроля временных вариаций. Помимо предыдущих клинических исследований инфекций пирсинга, данное исследование, насколько нам известно, представляет собой первое исследование микробиома пирсинга человека.
Как и микробиом пупка, микробиомные сообщества пирсинга разнообразны, но содержат несколько предсказуемо доминирующих таксонов. В частности, мы выявили два основных вида, C. acnes и S. epidermidis, которые демонстрируют изменения, согласующиеся с их известным конкурентным антагонизмом и ассоциациями среды обитания, что позволяет предположить, что пирсинг - это влажная среда.
Изучение того, как эти два важных для медицины основных вида реагируют на быстро меняющиеся условия окружающей среды в своих природных сообществах, может открыть новые пути к пониманию их патогенности, в которой, как известно, большую роль играют межвидовые взаимодействия. Эксперименты по изучению экологических нарушений в природных экосистемах традиционно являются трудоемкими и трудновоспроизводимыми. Существенно изменяя состав и экологию микробиома человека, пирсинг кожи может послужить моделью для изучения реакции микробиомов на нарушение экологии, а также процессов формирования сообществ в целом.
Как люди, мы практикуем искусство пирсинга кожи для культурного, религиозного и личного самовыражения в различных обществах на протяжении тысяч лет. В данном исследовании мы показываем, что пирсинг кожи также представляет собой форму экосистемного самопроектирования экологического ландшафта, которым является человеческая кожа.
