Новости

Женский половой тракт является домом для триллионов бактерий, которые обычно существуют в мутуалистических отношениях со своим хозяином.     Характеристики бактериальных сообществ влагалища и цервикального канала отличаются от бактерий кишечника, демонстрируя высокое относительное обилие Lactobacillus и низкое бактериальное разнообразие. Индивидуальные различия в бактериальном пейзаже влагалища и цервикального канала в значительной степени зависят от генетики хозяина и окружающей среды, а также от факторов образа жизни. Последние данные подтверждают мысль о том, что бактериальные сообщества влагалища и шейки матки сильно связаны с состоянием здоровья, причем изменения связаны с рН, инфекциями мочевыводящих путей, инфекциями, передающимися половым путем, включая бактериальные и вирусные инфекции, такие как ВИЧ, а также с исходом беременности. Более того, определенные бактериальные профили связаны с неблагоприятными акушерскими исходами, такими как преждевременные роды, что потенциально может привести к неонатальной заболеваемости и смертности.   В женской репродуктивной системе влагалище, цервикальный канал, фаллопиевы трубы и матка образуют репродуктивный тракт. В целом считается, что фаллопиевы трубы и матка стерильны, поэтому шейка матки должна быть идеальным барьером и она действительно обеспечивает физический барьер для патогенов, и, например, во время здоровой беременности плод защищен от патогенов вагинального происхождения. Однако в некоторых случаях бактерии и другие патогены могут проникать по слизистой поверхности влагалища в фаллопиевы трубы или матку.    Цервикальная некомпетентность определяется как неспособность шейки матки удерживать беременность во втором триместре при отсутствии маточных сокращений. Примерно у 1% женщин безболезненное расширение шейки матки приводит к преждевременным родам во втором триместре, что делает эту патологию одной из самых распространенных у женщин репродуктивного возраста. Накопленные за последние годы доказательства указывают на бактерии как на основную причину цервикальной некомпетентности, особенно на состав и структуру бактерий, которые высоко коррелируют с преждевременными родами.    Тем не менее, бактериальный состав и особенности строения влагалища и цервикального канала у беременных женщин, страдающих цервикальной некомпетентностью, еще не полностью охарактеризованы. В данном исследовании мы сравнили бактериальные сообщества влагалища и цервикального канала здоровых беременных женщин и женщин с цервикальной некомпетентностью - состоянием, которое может нарушить распределение бактерий в женском репродуктивном тракте. Результаты нашего анализа альфа- и бета-разнообразия были схожи с результатами предыдущих исследований.    Мы отобрали и секвенировали геномы 16S рРНК из 74 образцов влагалища и цервикального канала 37 беременных женщин. Образцы влагалища и цервикального канала беременных женщин с цервикальной недостаточностью были обозначены как группа A (n = 24) и группа B (n = 24), соответственно. Образцы влагалища и цервикального канала нормальных беременных женщин были обозначены как группа C (n = 13) и группа D (n = 13), соответственно.    Считается, что бактерии, населяющие влагалище, происходят из верхних половых путей. У нормальных беременных женщин бактериальные сообщества влагалища и цервикального канала отличаются из-за обструкции шейки матки. В данном исследовании мы обнаружили, что бактериальные сообщества цервикального канала у беременных женщин с цервикальной некомпетентностью значительно отличались от таковых у нормальных беременных женщин.     Однако мы не обнаружили различий в бактериальном составе между влагалищем и цервикальным каналом беременных женщин с цервикальной некомпетентностью, что позволяет предположить, что цервикальная некомпетентность способствует бактериальному обмену между сообществами влагалища и цервикального канала. Одним из наиболее важных факторов риска преждевременных родов является неполноценность шейки матки во втором триместре беременности. В поддержку предыдущего исследования (Kindinger et al., 2016) мы обнаружили ассоциации между разнообразием бактерий влагалища и шейки матки и преждевременными родами. Однако для понимания взаимосвязи между разнообразием бактерий влагалища и шейки матки и преждевременными родами необходим больший размер выборки.    Lactobacillus являются однозначно доминирующими бактериями во влагалище и цервикальном канале здоровых женщин. Вырабатываемая ими молочная кислота служит для поддержания кислого рН влагалища и цервикального канала, действуя как барьер против патогенов и защищая от генитальной инфекции. Дефицит Lactobacillus может нарушить бактериальный баланс влагалища, что приводит к синдрому бактериального вагиноза. Тем не менее, как сообщается, Lactobacillus остается доминирующим видом у беременных женщин с цервикальной некомпетентностью, и не было обнаружено различий в обилии OTU (jперационные таксономические единицы) по сравнению со здоровыми беременными женщинами.     Бактерии влагалища и цервикального канала представляют собой динамические сообщества, обусловленные физиологическими, патологическими, экологическими и пищевыми факторами. Бактериальный дисбиоз может способствовать воспалительной реакции во влагалище и цервикальном канале, а также предрасполагать беременную женщину к повышенному риску инфекции. Бактериальный дисбаланс влагалища и цервикального канала коррелирует с повышением концентрации генитальных провоспалительных цитокинов и усилением активации APC (антигенпрезентирующих клеток) через LPS-пути. Примечательно, что запуск местного иммунитета для повышения концентрации воспалительных факторов, включая TNF-α, NF-κB и COX-2, может повлиять на исход беременности.    Аналогично результатам предыдущих исследований мы обнаружили дифференцированные роды у беременных женщин с цервикальной некомпетентностью, включая Staphylococcus, Actinomyces, Aerococcus, Clostridium_sensu_stricto и Anoxybacillus. Мы выявили специфические для групп А и С сдвиги в бактериальном составе, отраженные обогащением пяти видов, включая Staphylococcus petrasii, Bacteroides plebeius, Bifidobacterium pseudolongum, Anoxybacillus flavithermus и Actinomyces neuii.    Было установлено, что Bacteroides plebeius чаще встречается у ВПЧ-положительных женщин, а Actinomyces neuii был обнаружен при бактериальном вагинозе, в то время как другие виды являются уникальными для данного исследования. Кроме того, мы обнаружили, что численность Sutterella stercoricanis, Methanobacterium congolense, Pseudomonas chlororaphis, Psychrobacter nivimaris, Nocardioides pacificus, Senegalimassilia anaerobia, Fusobacterium nucleatum, Clostridium fimetarium, Methylobacterium tardum резко отличалась между группами B и D. В совокупности эти результаты позволяют предположить, что данные виды представляют собой "биомаркерные" бактерии для различий между здоровыми беременными женщинами и женщинами с цервикальной некомпетентностью.    Являясь важным потенциальным анаэробным патогеном и грамотрицательной бактерией, Fusobacterium nucleatum колонизирует женский репродуктивный тракт, пищеварительный тракт и ротовую полость. Этот вид ассоциируется с многочисленными заболеваниями человека, включая инфекции полости рта, колоректальный рак, инфекции дыхательных путей и болезнь Альцгеймера.     Fusobacterium nucleatum также был обнаружен в различных плодных оболочках, амниотической жидкости, аспиратах желудка новорожденных, при хориоамнионите, а также часто обнаруживался в пуповинной крови и амниотической жидкости недоношенных младенцев, что ассоциируется с внутриутробной инфекцией и преждевременными родами. Дополнительные исследования также показали, что субгингивальный налет в полости рта матери может передавать Fusobacterium nucleatum плаценте или плоду во время беременности, что приводит к острому воспалению и даже к мертворождению плода. Однако для подтверждения полезности бактерий-биомаркеров, выявленных здесь и в других исследованиях, необходима дальнейшая валидация.    Преждевременные роды происходят у 5-20% беременных женщин и определяются как роды до 37 недель гестации. На преждевременные роды влияют материнские, плодные и экологические факторы, и они связаны с высоким риском неонатальной заболеваемости и смертности. Некоторые исследования показали, что некомпетентность шейки матки связана с преждевременными родами, хотя другие потенциальные факторы риска могут влиять на частоту преждевременных родов, включая диабет, гипертонию, заболевания щитовидной железы, хронические заболевания почек и табакокурение.     Кроме того, индекс массы тела до беременности, возраст матери (более 35 лет), эндометриоз, синдром поликистозных яичников и диабет до беременности также считаются возможными факторами риска преждевременных родов. Другие исследования показывают, что бактериальная вагинальная инфекция и заболевания пародонта матери повышают риск преждевременных родов, при этом бактерии переносятся из влагалища в матку через шейку матки. Беременные женщины с внутриутробной инфекцией также могут распространять бактерии в амниотическую полость, вызывая преждевременные роды. В некоторых исследованиях сообщалось, что заболевания пародонта у беременных женщин связаны с преждевременными родами, предполагаемая причина - перенос бактерий из десен в полость матки и плаценту через кровоток, что приводит к внутриамниотической инфекции.    Таким образом, мы исследовали бактериальный состав и структуру влагалища и цервикального канала здоровых беременных женщин и беременных женщин с цервикальной некомпетентностью с помощью технологии высокопроизводительного секвенирования. Общий состав бактерий Lactobacillus во влагалище и цервикальном канале здоровых беременных женщин и беременных женщин с цервикальной некомпетентностью существенно не отличался. Однако альфа- и бета-диверсификации значительно отличались между образцами из вагинального и цервикального каналов здоровых беременных женщин.     Мы также обнаружили различия в бактериальных сообществах образцов цервикального канала между нормальными беременными и женщинами с цервикальной некомпетентностью. Было выявлено несколько специфических бактерий, что позволяет предположить, что эти бактерии могут выступать в качестве потенциальных биомаркеров. Однако мы также должны признать некоторые ограничения, касающиеся нашего исследования. Во-первых, размер выборки относительно мал. Во-вторых, необходимы дальнейшие исследования для уточнения функциональных последствий "биомаркерных" бактерий. В-третьих, для выявления корреляции между бактериями и клиническими признаками и выяснения молекулярного механизма необходимо использовать больше экспериментальных технологий.

Понимание взаимодействия планетарных микробиомов и их экологических и медицинских последствий требует глубокого знания бактериальных сообществ в атмосфере, которая является наиболее нетронутой микробной средой обитания на Земле.   В недавнем исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые изучили глобальные сообщества бактерий, обитающих в воздухе, чтобы понять структуру их сообществ и биогеографические особенности распределения. Кроме того, они изучили их взаимодействие с другими микробиомами Земли, в частности, с поверхностными обитателями.   Атмосфера - самая нетронутая среда обитания микроорганизмов на Земле, а воздушные бактерии - самые сложные и динамичные сообщества, влияющие на микробиом Земли. В воздухе находится более 1 × 104 бактериальных клеток/м3 и сотни уникальных таксонов. Крупномасштабные исследования систематически документируют особенности микроорганизмов в почве, океане и отходах жизнедеятельности человека. Кроме того, они свидетельствуют о взаимосвязи между микробиомами воздуха и поверхностных сред. Однако существует недостаток исследований, документирующих микроорганизмы, находящиеся в воздухе, особенно в отношении структуры их сообществ.   Микроорганизмы не живут в изоляции. Напротив, они имеют множество экологических связей, от мутуализма до конкуренции. Таким образом, определение закономерностей их биогеографического распределения и взаимодействия с другими микробиомами Земли, которые определяют их происхождение, может пролить свет на последствия изменения климата/окружающей среды и антропогенной деятельности.   В настоящем исследовании ученые сначала создали глобальную базу данных воздушных бактерий, чтобы оценить степень их общности и взаимосвязи. Эта база данных включала 76 новых образцов воздушных частиц в сочетании с 294 образцами, собранными в ходе предыдущих исследований в 63 местах по всему миру. Места отбора проб были различными по высоте и географическому положению и охватывали как уровень земли, так и крыши домов (высотой от 1,5 м до 25 м), горы на высоте 5 380 м над уровнем моря, густонаселенные города и удаленный полярный круг. Авторы получили для сравнения данные из проекта Earth Microbiome Project (EMP), в рамках которого было собрано более 5 000 образцов из 23 поверхностных сред. Эталонный каталог бактерий воздушного происхождения содержал более 27 миллионов нередуцированных последовательностей генов 16S рибосомальной РНК (рРНК).   Далее исследователи построили глобальную сеть взаимодействия воздушных сообществ, включающую 5 038 значимых корреляционных связей между 482 связанными операционными таксономическими единицами (OTU). OTUs - это аналитические единицы, сгруппированные по сходству последовательностей ДНК в микробной экологии. Наконец, группа использовала моделирование структурных уравнений для изучения механизмов, определяющих микробные сообщества. Аналогичным образом они рассчитали суммарное влияние фильтрации окружающей среды и бактериальных взаимодействий на формирование сообществ.   В 370 отдельных пробах воздуха было обнаружено 10 897 таксонов, и большинство бактериальных последовательностей принадлежали к пяти филам. Firmicutes, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria и Bacteroidetes составляли 24,8%, 19,7%, 18,4%, 18,1% и 8,6% бактериальных последовательностей, соответственно. Зависимость "обилие-занятость" (ОЗ) между количеством образцов, занимаемых бактериальным таксоном, и его средней массой в глобальном воздухе имела сигмовидную кривую, аналогичную наблюдаемой закономерности для распределения диких животных и растений на Земле.   Воздух является свободно текущей, динамичной экосистемой, позволяющей переносить на большие расстояния бактериальные сообщества, которые он содержит. Однако его бактериальные сообщества, как оказалось, хорошо связаны с местной средой, особенно с вкладом источников и условиями качества воздуха в результате антропогенной деятельности. Снижение эффекта фильтрации окружающей среды и повышенный вклад источников, связанных с деятельностью человека, привели к снижению нагрузки биомассы, повышению численности патогенных бактерий и дестабилизации сетевых структур.   Примечательно, что по сравнению с аналогичными бактериями в верхнем слое почвы и морской среде, бактерии, обитающие в воздухе, не были тесно связаны между собой, имея среднее число внутриузловых связей 5,24. Их кластеризация была случайной, а топология обладала низкой устойчивостью к изменениям. Наблюдаемые отдаленные связи и свободные кластеры сети позволили предположить, что сообщество атмосферных бактерий более подвержено возмущениям в зависимости от условий окружающей среды, которые обычно приводят к резким изменениям в составе бактерий. Функции таксонов атмосферных бактерий были установлены на основе их генетической информации в других средах обитания.   Исследователи обнаружили потенциальные ассоциации между бактериальными сообществами в воздухе и другими поверхностными микробными средами обитания. Предполагаемое общее обилие глобальных воздушных бактерий (1,72 × 1024 клеток) было сопоставимо с таковым в гидросфере и на один-три порядка ниже, чем в других средах обитания (например, в почве).   Из 23 основных сред обитания на Земле, изученных в данном исследовании, наземный воздух проявил большее сходство со средой обитания человека и животных, в то время как морской воздух показал более тесную связь с океаническими системами. Более того, оценки показали, что характеристики соответствующей поверхностной среды определяли доминирующие источники бактерий, переносимых по воздуху. Примечательно, что источники, связанные с человеком, вносят больший вклад в количество бактерий, переносимых в воздухе в городских районах, и этот факт в основном игнорировался в предыдущих исследованиях по моделированию антропогенных выбросов.    Авторы не отметили существенных различий в богатстве воздушных бактериальных сообществ между городскими и природными территориями в пределах одного и того же диапазона широт. Однако географическое положение все же сыграло свою роль. Так, равномерность бактериальных сообществ была значительно ниже в городском воздухе. Например, относительная численность патогенных видов, Burkholderia и Pseudomonas, была выше в городских районах по сравнению с природными (5,56 и 2,50% против 1,44 и 1,11%). Кроме того, бактерии вносили меньший вклад в массу твердых частиц в городских районах, чем в природных, что указывает на то, что урбанизация увеличила долю небиологических частиц в воздухе (например, пыли).   Патогены с самым высоким риском смертности, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter species (ESKAPE), были более многочисленны в городском воздухе. Сеть взаимодействия бактериальных сообществ городского воздуха показала, что антропогенное воздействие дестабилизировало их сетевую структуру, что, в свою очередь, также изменило таксономический состав бактерий.   Авторы отметили, что на бактериальные сообщества в воздухе влияют многочисленные факторы - например, географическое положение и типичные экологические факторы. Биотические взаимодействия между ключевыми и основными бактериальными сообществами, а также бактериальное богатство существенно взаимосвязаны. Из всех детерминированных процессов экологическая фильтрация была основным фактором, определяющим структуру и распределение микробных сообществ в воздухе.   Подводя итог, авторы утверждают, что почти 46,3% бактерий, находящихся в воздухе, происходят из окружающей среды, а структуру сообществ определяют в основном стохастические процессы. Кроме того, отличительной особенностью бактерий, переносимых с воздухом в городских районах, является увеличение доли потенциальных патогенов из источников, связанных с человеком. Наконец, профили источников бактерий в воздухе влияли на значительно больший процент структурных вариаций, чем качество воздуха и местные метеорологические условия (43,7% против 29,4% и 25,8%).