Search
Preteen girl hands holding intestine shape.

גורמי מפתח בהתיישבות מעיים enterobacteriaceae נחשפו

ניתוח בקנה מידה גדול של 12,238 מטאנומים של המעיים מזהה מיישבים משותפים ומוציאים משותפים מיקרוביאליים, ומציע תובנות לגבי עמידות לזיהומים וטיפולים פוטנציאליים שאינם אנטיביוטיים.

לִלמוֹד: דינמיקה אקולוגית של Enterobacteriaceae במיקרוביום של המעי האנושי על פני אוכלוסיות גלובליות. קרדיט תמונה: SewCreamStudio/Shutterstock.com

במחקר שפורסם לאחרונה ב מיקרוביולוגיה של הטבעקבוצת חוקרים חשפה דפוסים גלובליים ואינטראקציות מיקרוביאליות המעצבות את התיישבות ה-Enterobacteriaceae במעיים, מה שמודיע על עמידות לזיהום ואסטרטגיות טיפוליות.

רֶקַע

המיקרוביוטה של ​​המעיים האנושית היא קהילה מגוונת החיונית לבריאות, תומכת בעיכול, ויסות חיסוני והגנה מפני פתוגנים. עם זאת, כמה חיידקי מעיים, במיוחד מיני Enterobacteriaceae אוהבים Escherichia coli (E. coli) ו Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae), עלולים לגרום לזיהומים חמורים וקשורים למצבים כמו מחלת קרוהן ותמותה גבוהה יותר.

שפע היתר שלהם, יחד עם עלייה בעמידות לריבוי תרופות, מהווים אתגר בריאותי עולמי משמעותי. בעוד שטיפולים מבוססי מיקרוביום מראים הבטחה, רוב המחקרים על Enterobacteriaceae התמקדו בבידודים קליניים, מה שמגביל תובנות אקולוגיות.

מחקרים נוספים חיוניים כדי להבין את הדינמיקה שלהם בתוך המיקרוביום של המעי, וסוללים את הדרך להתערבויות חדשניות, לא אנטיביוטיות.

לגבי המחקר

הנתונים המטגנומיים של המעי האנושי נאספו מ-12,238 דגימות ב-45 מדינות ו-65 מחקרים, כולם בארכיון הנוקלאוטידים האירופי (ENA). דגימות נכללו בהתבסס על קריטריונים כמו מינימום של 500,000 קריאות מטאנומיות מצמדות, זמינות של מטא נתונים על מצב בריאותי, קבוצת גיל וארץ מוצא, היעדר זיהומים חריפים, וללא שימוש באנטיביוטיקה בתוך חודש לפני איסוף הדגימות.

קריאות Metagenomic עובדו עבור סינון איכותי באמצעות TrimGalore ולהסרת זיהום אנושי על ידי יישור אל מול הגנום האנושי GRCh38 באמצעות Burrows-Wheeler Aligner MEM (BWA MEM).

מערכי נתונים מסוננים מופו כנגד מסד נתונים אצור של 4,612 מינים מקטלוג הגנום העיכול האוחד (UHGG). איסוף קפדני לא כלל גנומים באיכות נמוכה באמצעות קריטריונים כמו ציוני שלמות נמוכים שהוערכו על ידי CheckM וסיווגים כימריים פוטנציאליים שזוהו על ידי Genome UNClutterer (GUNC).

השפעות אצווה הנובעות משונות במתודולוגיות המחקר תוקנו באמצעות אלגוריתם נורמליזציה כמותית מותנית, המאפשר השוואות מהימנות בין מערכי נתונים.

הבדלים בקהילה המיקרוביאלית נותחו באמצעות מדדי גיוון אלפא (מדד שאנון) וגיוון בטא (מרחק Aitchison). מודלים של למידת מכונה בפיקוח, כולל רגרסיה של רכס, יער אקראי והגברת שיפוע, הופעלו כדי לסווג את מצב התיישבות Enterobacteriaceae תוך שימוש בשפע המינים כמאפיינים.

מודלים אלה הוכיחו דיוק גבוה בהבחנה בין דפוסי קולוניזציה, והציעו תובנות קריטיות לגבי אינטראקציות מיקרוביאליות.

ניתוחי שפע דיפרנציאלי, שבוצעו עם ניתוח של שפע דיפרנציאלי באמצעות נתונים קומפוזיציוניים (ALDEx2) וקשר רב משתנים עם מודלים ליניאריים 2 (MaAsLin2), זיהו מינים חיידקיים הקשורים באופן מובהק עם נוכחות או היעדרות של Enterobacteriaceae.

ניתוחים פונקציונליים קשרו משותפים ומוציאים משותפים למסלולים מטבוליים המעורבים בתחרות תזונתית ובתפקידים אקולוגיים.

תוצאות המחקר

מערכי הנתונים הקיפו אזורים גיאוגרפיים מגוונים, כאשר רוב הדגימות הגיעו מאירופה (35%) וצפון אמריקה (27.5%), ואחריהן אסיה (23.2%) ואפריקה (8.4%).

רוב הדגימות נאספו ממבוגרים (67.6%) ומאנשים בריאים (62.2%), מה שמספק בסיס מצוין לניתוח הדינמיקה של הקהילה המיקרוביאלית. באמצעות קטלוג UHGG, 4,612 מינים של חיידקים במעיים, כולל 113 ממשפחת ה-Enterobacteriaceae, זוהו וכומתו עם בקרת איכות מחמירה.

Enterobacteriaceae זוהו ב-66% מהדגימות, עם E. coli, K. pneumoniaeו Enterobacter hormaechei בהיותו המין הנפוץ ביותר. התפלגותם השתנתה בין מיקומים גיאוגרפיים, קבוצות גיל ומצבי בריאות, עם שכיחות בולטת בקרב דגימות אפריקאיות (88%) ואנשים עם דלקת מפרקים שגרונית (96%).

דפוסי קולוניזציה פולימיקרוביאלית חשפו התרחשות משותפת משמעותית של E. coli עם מינים אחרים, כגון K. pneumoniae, במיוחד באסיה ובאפריקה. ממצאים אלו מצביעים על כך שגורמים סביבתיים, תזונתיים ובריאותיים עשויים להשפיע על התיישבות Enterobacteriaceae ברחבי העולם.

ניתוח מעמיק יותר של E. coli גיוון זנים באמצעות הקלדת רצף רב-לוקוסית (MLST) זיהה 585 סוגי רצף (STs), כאשר רובם חדשני ומיוצג יתר על המידה בדגימות אפריקאיות. זה מדגיש את המגוון הלא נחקר של E. coli ואת הייצוג המוגבל של מבודדים לא קליניים במאגרי מידע.

מודלים של למידת מכונה הוכיחו שהרכב המיקרוביום של המעי יכול לחזות התיישבות של Enterobacteriaceae בדיוק גבוה, וחושפים קשרים עקביים בין אזורים גיאוגרפיים ומצבי בריאות.

ניתוח שפע דיפרנציאלי זיהה 307 מינים מיקרוביאליים הקשורים באופן מובהק לקולוניזציה של Enterobacteriaceae, שסווגו כמתיישבים משותפים או מוציאים משותפים. גורמים משותפים, כגון מיני Faecalibacterium, היו קשורים לייצור חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) ולמטבוליזם של ברזל, מנגנונים שעשויים לעכב את צמיחת ה-Enterobacteriaceae.

לעומת זאת, משותפים הפגינו מגוון מטבולי גדול יותר, דבר המצביע על יתרון תחרותי בקולוניזציה בתנאי מעיים מסוימים.

ניתוחים פונקציונליים גילו כי מוציאים משותפים היו מועשרים בגנים המעורבים בחישת קוורום ובייצור SCFA, בעוד שמתיישבים משותפים היו קשורים לעמידות לתרופות ולמטבוליזם של חומרים מזינים. הבדלים אלה מדגישים את התפקיד של אינטראקציות בין המינים ותחרות מטבולית בעיצוב דינמיקה של קולוניזציה של המעיים.

מסקנות

לסיכום, מחקר גלובלי בקנה מידה גדול זה חקר את חתימות המיקרוביום של המעיים הקשורות להתנחלות ה-Enterobacteriaceae, וחשף שינויים טקסונומיים ותפקודיים הקשורים לקולוניזציה משותפת והדרה משותפת.

הממצאים העיקריים כוללים זיהוי של מגוון משמעותי של תת-מינים לא מאופיינים של E. coli באפריקה, מדגיש את תפקידם של מינים כמו Faecalibacterium בהתנגדות לקולוניזציה.

דפוסי קולוניזציה משותפת הכוללים טקסים כמו מעיים בקטר ו Faecalimonas phoceensis נחשפו גם כן. בנוסף, מוציאים משותפים מכילים צבירי גנים ביו-סינתטיים (BGCs) לא מאופיינים המקושרים לחישת קוורום, שעלולים לשנות את שפע ה-Enterobacteriaceae.

דילוג לתוכן