Учёные впервые секвенировали микробиом кишечника недоношенного младенца
Исследователи впервые секвенировали и реконструировали геномы большинства микробов в кишечнике недоношенного новорождённого, задокументировав, как популяции микроорганизмов менялись с течением времени.
Исследование, проведённое учёными из Калифорнийского университета в Беркли, Питтсбургского университета и Стэнфордского университета, опубликовано 29 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Такие работы могут помочь понять причины кишечных проблем у недоношенных детей, в частности некротизирующего энтероколита (NEC).
Это первое комплексное исследование временной динамики колонизации кишечника недоношенного новорождённого. В отличие от взрослого кишечника с тысячами видов микробов, у новорождённого их всего несколько, что делает возможным секвенирование всего сообщества.
Ключевые цели исследования:
- Выяснить, вызываются ли заболевания (например, NEC) патогенными штаммами бактерий или просто дисбалансом в микробных популяциях.
- Понять нормальный процесс колонизации кишечника, чтобы затем выявить отклонения при болезнях.
Методология: Учёные не просто секвенировали короткие фрагменты ДНК, а «курировали» данные, собирая очень полные геномы для большинства микробов. Это позволяет различать близкородственные штаммы, которые могут быть физиологически различны.
Ход исследования: Учёные наблюдали за одним недоношенным младенцем в течение первого месяца жизни, анализируя образцы кала.
Основные результаты:
- Кишечник, стерильный при рождении, быстро заселился известными кишечными микробами: бактериями, археями, вирусами, бактериофагами и плазмидами.
- Было выявлено три различных микробных сообщества, сменявших друг друга после изменений в медикаментозном лечении и питании (переход с грудного молока на внутривенное питание, а затем на смесь).
- Популяция включала представителей не менее 20 групп, многие из которых содержат как вредные, так и безвредные организмы: Staphylococcus, Pseudomonas, Serratia, Citrobacter.
- Несмотря на обилие бактерий, часто ассоциируемых с болезнями (особенно доминирование Pseudomonas в течение нескольких дней), младенец оставался клинически стабильным и здоровым.
- В образцах дней 16, 18 и 21 были обнаружены два штамма Citrobacter (бактерии, связываемой с NEC), чьи пропорции значительно колебались. Эти штаммы были сходны на 99%, но имели «горячие точки» быстрой эволюции ДНК, что может указывать на разную регуляцию их геномов и различные функции.
Выводы:
- Микробные популяции в кишечнике новорождённого высокодинамичны и резко меняются.
- Присутствие потенциально патогенных бактерий не обязательно ведёт к болезни, что может объясняться безвредностью конкретных штаммов или сдерживающим влиянием остального микробного сообщества.
- Для понимания причин заболеваний необходим высокоразрешающий экологический подход, учитывающий различия между штаммами и динамику всего сообщества.