Строгий метод анализа микробиома плазмы позволяет выявлять ассоциации с заболеваниями в клинике (аннотация)
#микробиом тканей #микробиом плазмы #секвенирование гена 16sрРНК #полногеномное секвенирование
Предполагается, что кровь и ткани стерильны, а микроорганизмы там встречаются только в случаях сепсиса и бактериальных инфекций. Однако последние исследования показали наличие живых бактерий в крови и тканях, которые могут играть определенную роль в патогенезе заболевания. Так, группа Пура обнаружила специфические для рака микробные сиквенсы в тканях и крови при различных типах рака у людей (Poore et al., 2020). Кроме того, в другом исследовании под руководством группы Неймана было обнаружено, что в семи типах рака был выявлен различный состав микробиома и что бактерии локализовались как в опухолях, так и в иммунных клетках (Nejman et al., 2020). Микроорганизмы или микробные компоненты были обнаружены в крови у людей с хроническими воспалительными заболеваниями (Potgieter et al., 2015; Lelouvier et al., 2016; Luo et al., 2019).
Используя секвенирование бактериальной 16S рРНК, группа Массье показала наличие бактерий в образцах крови и жировой ткани, которые были сопряжены с повышенным воспалением тканей при ожирении и диабете 2 типа (Massier et al., 2020). Более того, было показано, что транслоцированные микробные продукты вызывают иммунные нарушения и могут способствовать иммунопатогенезу некоторых заболеваний, таких как аутоиммунные заболевания и заболевания центральной нервной системы. Наше недавнее исследование показало, что транслокация стафилококка способствует активации В-клеток герминального центра и выработке аутоантител у мышей и ВИЧ+ индивидуумов (Luo et al., 2019). Все эти исследования показали, что микробиом плазмы или тканей может вносить вклад в иммунные нарушения и патогенез заболеваний.
Однако исследование микробиома плазмы или тканей является весьма сложной задачей из-за крайне низкого уровня бактериальной биомассы в крови или тканях в физиологических условиях, что приводит к высокому риску контаминации во время процедур выделения, амплификации и секвенирования внеклеточной ДНК микроорганизмов плазмы (cfDNA). При использовании полногеномного и транскриптомного секвенирования до 92,3% данных о сиквенсах микробиома плазмы отбрасывалось после строгой деконтаминации для обеспечения достоверности результатов (Poore et al., 2020). Поэтому удаление фона и артефактов из данных секвенирования имеет решающее значение для получения точных результатов анализа микробиома плазмы.
В этом исследовании мы применили стратегию фильтрации качества в отношении микробиома плазмы, чтобы эффективно исключить варианты сиквенсов ампликонов (ASVs) контаминации и артефактов. После строгого контроля контаминации во время выделения микробной ДНК из плазмы, мы обнаружили, что более 97% данных секвенирования 16S ДНК микроорганизмов плазмы являются результатом низкого обилия и низкой распространенности микробных сиквенсов, контаминации и артефактов, которые были удалены с помощью строгих аналитических методов фильтрации качества.
Мы провели анализ микробиома плазмы крови у табакокурильщиков в качестве примера. Курение связано с изменением микробиоты полости рта и заболеваниями пародонта, что может способствовать транслокации некоторых видов микробиоты полости рта в кровь. В соответствии с результатами предыдущего исследования (Wu et al., 2016), мы обнаружили обогащение Streptococcus в микробиоте слюны курильщиков по сравнению с некурящими. Важно отметить, что стрептококки также были обнаружены в микробиоме плазмы крови курильщиков по сравнению с некурящими. Хотя многие другие таксоны были обогащены в слюне курильщиков, они не были обогащены в парных образцах плазмы, что позволяет предположить, что стрептококки могут обладать более высокой способностью к миграции из слизистой оболочки полости рта, связанной с курением, в кровоток. Было установлено, что стрептококки в крови играют роль в развитии атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний (Dos Reis et al., 1982; Brown et al., 2014; Jackson et al., 2016).
Мы также проанализировали микробиом плазмы при ВИЧ и системной красной волчанке (СКВ), а также связь между микробиомом плазмы и патогенезом заболеваний. После внедрения наших рекомендаций по фильтрации для удаления потенциальных загрязнителей и ASV с низкой численностью, мы отметили значительные различия в β-разнообразии и составе микробиома плазмы между ВИЧ+ людьми и здоровым контролем. Большинство таксонов, обогащенных у ВИЧ+ лиц в этом исследовании, являются хорошо известными патогенными бактериями. Arthrobacter spp. и M. timonae были ранее выделены из крови, спинномозговой жидкости и костей клинических пациентов с инфекционными заболеваниями или заболеваниями внутренних органов (Lindquist et al., 2003; Mages et al., 2008).
H. parainfluenzae является оппортунистическим патогеном и мы обнаружили, что обработка in vitro обогащенными ВИЧ термоинактивированными M. timonae и H. parainfluenzae вызывала сильные воспалительные реакции в моноцитах человека. СКВ является системным аутоиммунным заболеванием, и аутоантитела играют ключевую роль в патогенезе болезни. Однако этиология и механизмы выработки аутоантител при СКВ до конца не изучены. Постоянная иммунная активация, вызванная транслокацией микробных компонентов из желудочно-кишечного тракта или других участков слизистой оболочки в циркуляцию, считается одним из предрасполагающих факторов при СКВ. В данном исследовании мы обнаружили, что некоторые СКВ-обогащенные таксоны имели прямую корреляцию с уровнем аутоантител в плазме крови. Функциональная оценка этих СКВ-обогащенных таксонов при волчанке заслуживает дальнейшего изучения.
Таким образом, мы предлагаем стратегию фильтрации потенциальных контаминантов и фона для анализа микробиома плазмы, что обеспечивает перспективный метод изучения транслоцированных бактерий или бактерий в тканях при различных заболеваниях и их роли в модуляции системных иммунных ответов и патогенезе заболеваний.
