Vedci používajú genomické nástroje a superpočítače na štúdium mikrobiómu čreva dieťaťa

Od roku 2017, Výskumníci z University of Alabama v Birminghame Casey Morrow, Ph.D., a Hyunmin Koo, Ph.D., použili silné genomické nástroje a superpočítače, ktoré analyzujú obrovské množstvo genetických údajov na identifikáciu jednotlivých kmeňov v rámci jedného druhu črevného mikrobiómu.

Táto mikrobiómová metóda „odtlačkov prstov“ pomohla ukázať materské zdroje mikróbov pre mikrobiómy dojčiat alebo myší - mláďat, rovnako ako ukazuje extrémnu perzistenciu črevných mikrobiálnych kmeňov u dospelých ľudských dvojčiat, ktoré žili oddelene po desaťročnom spolužití.

Teraz Koo a Morrow obrátili svoje štúdie stability mikrobiálneho kmeňa na ľudské dojčatá a deti, vek krátko po narodení (asi 6 mesiacov) až 6 rokov. Všeobecne, zistili, že pri vývoji črevných mikrobiómov dojčiat existujú individualizované vzorce špecifickosti mikrobiálneho kmeňa.

Mikrobiálny ekosystém čreva dieťaťa sa začína krátkodobými zmenami v mikrobiálnom zložení, ktoré sa nakoniec upravia na stabilné mikrobiálne zloženie, zameranie súčasnej štúdie. Tieto stabilné interakcie mikrób-hostiteľ sú nevyhnutné pre efektívne trávenie potravy, zdravý imunitný vývoj a odolnosť voči kolonizácii patogénmi.

Všeobecne, v mikrobiálnej komunite raných čriev dominujú mikróby, ktoré sa môžu živiť uhľohydrátmi prítomnými v materskom mlieku alebo umelom mlieku, ako napr Bifidobacterium adolescentis .

Ako dieťa rastie, prechod na pevné potraviny a fyzický rast majú za následok zmeny priestorovej štruktúry čreva, čo prispieva k zmenám vo fyzickom a chemickom prostredí, ktoré poskytuje nové ekologické príležitosti pre rast mikrobiálnych kmeňov. Tento prechod ekosystému koreluje s výskytom Bacteroidetes - ako napr Bacteroides vulgatus - v štruktúre črevnej mikrobiálnej komunity. “

Casey Morrow, Ph.D., University of Alabama v Birminghame

Vedci z UAB aplikovali svoju techniku ​​mikróbových odtlačkov prstov na dva súbory údajov o metagenomickom sekvenovaní DNA, z predtým publikovaných štúdií iných, vzoriek fekálií dojčiat a malých detí zozbieraných ako časový rad. Prvému súboru 31 detí boli odobraté vzorky krátko po narodení a 1. 2 a 3 roky.

Štrnásť z týchto detí absolvovalo viacnásobnú liečbu antibiotikami, ktoré môžu narušiť črevný mikrobióm; zvyšok nemal antibiotiká. Druhý súbor údajov zahŕňal deväť dojčiat, ktorým boli odobraté vzorky od 6 mesiacov veku do 6 rokov; štyrom z deviatich dostalo niekoľko antibiotík.

Zo 17 detí v prvom súbore údajov, ktoré nedostali antibiotiká počas troch rokov po narodení, pre stabilné a nestabilné mikrobiálne kmene bol pozorovaný vzor špecifický pre dieťa. Iba jedno dieťa nemalo z 20 analyzovaných bakteriálnych druhov identifikované žiadne stabilné kmene. Pre 14 dojčiat, ktoré mali viacnásobné dávky antibiotík, 10 ukázal jedinečný vzor prechodných kmeňov, ktoré sa objavili krátky čas po viacnásobnom ošetrení antibiotikami.

Pokiaľ ide o druhý súbor údajov, vedci UAB analyzovali stabilitu črevného mikrobiálneho kmeňa Bacteroides vulgatus a Bifidobacterium adolescentis až šesť rokov po narodení. Zistili jednotlivé špecifické vzory rôznych dominantných mikrobiálnych kmeňov, ktoré boli nezávislé od expozície antibiotikám a režimu narodenia.

Dôležité je, neexistovala žiadna zjavná väzba medzi zmenami kmeňa v B. vulgatus a B. adolescentis . Napríklad, u jedného dieťaťa, ktoré dostalo viac antibiotík, došlo k obmedzenej zmene B. vulgatus kmene ako B. adolescentis kmene sa značne zmenili, zatiaľ čo iné dieťa, ktoré dostalo viacnásobné antibiotiká, malo opačný vzor zmien kmeňa.

Vedci tiež videli niekoľko príkladov krátkodobých zmien mikrobiálneho kmeňa, bez antibiotickej liečby, nasleduje zotavenie sa z dominantného kmeňa. Aj keď hybná sila týchto zmien nie je známa, existovalo niekoľko prípadov, keď sa kompletný kmeň špecifický pre dieťa zmenil B. vulgatus a pre B. adolescentis došlo. Metadáta pre tieto deti nepreukázali zjavnú koreláciu týchto zmien so sexom, krajina pôvodu, spôsob podávania alebo či by dieťa pokračovalo v rozvoji cukrovky.

„Výsledky našej analýzy využívajúcej oba súbory údajov zdôrazňujú, že zmena mikrobiálneho kmeňa je neodmysliteľnou súčasťou vyvíjajúceho sa mikrobiálneho ekosystému dojčiat, „Koo a Morrow povedali.“ Navyše, výsledky našej štúdie podporujú použitie metódy sledovania kmeňa na monitorovanie vývoja stabilnej a zdravej mikrobiálnej komunity. "

Zajtra, Koo a kolegovia použili svoj nástroj na snímanie odtlačkov mikróbov v predchádzajúcich štúdiách sledovania napätia. V roku 2017, zistili, že fekálne darcovské mikróby - používané na liečbu pacientov s rekurentnými infekciami Clostridium difficile - zostali u príjemcov mesiace alebo roky po fekálnych transplantáciách.

V roku 2018, ukázali, že zmeny v hornom gastrointestinálnom trakte chirurgickým zákrokom na obezite viedli k vzniku nových kmeňov mikróbov. V roku 2019, analyzovali stabilitu nových kmeňov u jedincov po liečbe antibiotikami, a začiatkom tohto roka, urobili štúdiu s dvojčatami pre dospelých, ktorý ukázal, že dvojčatá zdieľali určitý kmeň alebo kmene medzi každým párom niekoľko rokov, a dokonca desaťročia, potom, čo začali žiť oddelene od seba.

Aj tento rok, ukázali, že individualizovaná mozaika mikrobiálnych kmeňov sa prenášala do črevného mikrobiómu dieťaťa z matky, ktorá rodila pomocou vagíny, ako je analyzované v pároch matka-dieťa, rovnako ako myšie matky a mláďatá.

• Nový terapeutický prístup prináša nádej na liečbu psoriázy
• Ľudia s depresiou majú väčšiu pravdepodobnosť vzniku Crohnovej choroby