Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Изменение кишечного микробиома пациентов с язвенным колитом после трансплантации кишечной микробиоты

https://doi.org/10.18699/VJ20.610

Полный текст:

Аннотация

Микробиота кишечника человека – это динамическая система, находящаяся под воздействием организма хозяина и внешних факторов. Возникающие нарушения кишечной микробиоты могут привести к патологическим состояниям, включая воспалительные и онкологические заболевания желудочно-кишечного тракта. Одним из возможных способов воздействия на микробиоту кишечника является фекотрансплантация (ФТ) – введение кишечной микробиоты от здорового донора в кишечный тракт пациента. В настоящее время в ряде стран этот метод используется для нормализации микробиоты кишечника, в основном при хронических воспалительных заболеваниях кишечника. В России (Новосибирск) уже несколько лет ведутся пилотные исследования эффективности ФТ при язвенном колите. Цель данной работы – оценить изменение микробиома кишечника 20 пациентов с язвенным колитом после однократного проведения ФТ. Основной метод – сравнительный анализ библиотек последовательностей 16S рибосомальной РНК, созданных на основе образцов, полученных от пациентов с язвенным колитом до и после ФТ и секвенированных на платформе Illumina MiSeq. Результаты исследования показали, что ФТ привела к увеличению среднего биоразнообразия последовательностей в образцах, полученных после ФТ, по сравнению с образцами, собранными до ФТ, хотя разница не была статистически достоверной. Доля последовательностей Firmicutes, являющихся доминирующей компонентой кишечной микробиоты здоровых людей, уменьшилась (~32 % vs. >70 %), а доля последовательностей Proteobacteria увеличилась (>9 % vs. <5 %). В некоторых образцах, собранных до ФТ, были обнаружены последовательности патогенных представителей Firmicutes и Proteobacteria, включая Acinetobacterspp., Enterococcus spp., Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Staphylococcus aureus, Stenotrophomonas maltophylia, Streptococcusspp.В большинстве случаев после ФТ доля таких последовательностей резко сократилась. Ис-ключение составили последовательности Clostridium difficile, содержание которых в образцах почти половины пациентов составляло менее 0.5 %; после ФТ доля последовательностей C. difficileзначительно уменьшилась лишь у трех пациентов. Следует отметить, что после ФТ повысилось на порядок содержание Lactobacillusspp.  и существенно расширился их видовой состав. По результатам исследования можно сделать предварительное заключение о том, что даже однократная процедура ФТ приводит к повышению биоразнообразия микробиоты пациентов и оптимизации ее таксономического состава.

Об авторах

А. Ю. Тикунов
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


В. В. Морозов
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


А. Н. Швалов
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора Российской Федерации
Россия

р. п. Кольцово,  Новосибирская область



А. В. Бардашева
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


Е. В. Шрайнер
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


О. А. Максимова
ООО «Центр персонализированной медицины»
Россия
Новосибирск


И. О. Волошина
ООО «Центр персонализированной медицины»
Россия
Новосибирск


В. В. Морозова
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


В. В. Власов
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


Н. В. Тикунова
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


Список литературы

1. Aas J., Gessert C.E., Bakken J.S. Recurrent Clostridium difficilecolitis: case series involving 18 patients treated with donor stool administered via a nasogastric tube. Clin. Infect. Dis. 2003;36(5):580­585.

2. Angelberger S., Reinisch W., Makristathis A., Lichtenberger C., De­ jaco C., Papay P., Novacek G., Trauner M., Loy A., Berry D. Temporal bacterial community dynamics vary among ulcerative colitis patients after fecal microbiota transplantation. Am. J. Gastroenterol. 2013;108(10):1620­-1630. DOI 10.1038/ajg.2013.257.

3. Bajer L., Kverka M., Kostovcik M., Macinga P., Dvorak J., Stehliko­ va Z., Brezina J., Wohl P., Spicak J., Drastich P. Distinct gut microbiota profiles in patients with primary sclerosing cholangitis and ulcerative colitis. World J. Gastroenterol. 2017;23(25):4548-­4558. DOI 10.3748/wjg.v23.i25.4548.

4. Belizário J.E., Faintuch J., Garay­Malpartida M. Gut microbiome dys­ biosis and immunometabolism: new frontiers for treatment of metabolic diseases. Mediators Inflamm. 2018;2018:1­-12. DOI 10.1155/2018/2037838.

5. Broecker F., Klumpp J., Moelling K. Long­term microbiota and virome in a Zürich patient after fecal transplantation against Clostridium difficile infection. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2016;1372(1):29­-41. DOI 10.1111/nyas.13100.

6. Cammarota G., Masucci L., Ianiro G., Bibbò S., Dinoi G., Costamagna G., Sanguinetti M., Gasbarrini A. Randomised clinical trial: faecal microbiota transplantation by colonoscopy vs. vancomycin for the treatment of recurrent Clostridium difficile infection. Aliment. Pharmacol. Ther. 2015;41(9):835-­843. DOI 10.1111/apt.13144.

7. Chakravorty S., Helb D., Burday M., Connell N., Alland D. A detailed analysis of 16S ribosomal RNA gene segments for the diagnosis of pathogenic bacteria. J. Microbiol. Methods. 2007;69(2):330-339.

8. Chehoud C., Dryga A., Hwang Y., Nagy­Szakal D., Hollister E.B., Luna R.A., Versalovic J., Kellermayer R., Bushman F.D. Transfer of viral communities between human individuals during fecal micro­ biota transplantation. MBio. 2016;7(2):e00322. DOI 10.1128/mBio.00322­-16.

9. Cheng Y.W., Fischer M. The present status of fecal microbiota trans­ plantation and its value in the elderly. Curr. Treat. Options Gastroen­ terol. 2017;15(3):349-­362. DOI 10.1007/s11938-­017-­0143-­1.

10. Debast S.B., Bauer M.P., Kuijper E.J. European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases: update of the treatment guid­ance document for Clostridium difficileinfection. Clin. Microbiol. Infect. 2014;20(Suppl.2):1­-26. DOI 10.1111/1469­-0691.12418.

11. Deshpande A., Pasupuleti V., Pant C., Rolston D.D., Sferra T.J. Diagnostic testing for Clostridium difficileinfection in patients with inflammatory bowel disease. J. Clin. Gastroenterol. 2013;47(8):737­-738. DOI 10.1097/MCG.0b013e318295d4ec.

12. Donaldson G.P., Lee S.M., Mazmanian S.K. Gut biogeography of the bacterial microbiota. Nat. Rev. Microbiol. 2016;14(1):20­-32. DOI 10.1038/nrmicro3552.

13. Drekonja D., Reich J., Gezahegn S., Greer N., Shaukat A., MacDonald R., Rutks I., Wilt T.J. Fecal microbiota transplantation for Clostridium difficile infection: a systematic review. Ann. Intern. Med. 2015;162(9):630-­638. DOI 10.7326/M14-­2693.

14. Duncan S.H., Louis P., Flint H.J. Cultivable bacterial diversity from the human colon. Lett. Appl. Microbiol. 2007;44(4):343­-350.

15. Eiseman B., Silen W., Bascom G.S., Kauvar A.J. Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis. Surgery. 1958;44(5):854­-859.

16. Flint H.J., Scott K.P., Duncan S.H., Louis P., Forano E. Microbial de­ gradation of complex carbohydrates in the gut. Gut Microbes. 2012; 3(4):289­-306.

17. Fujimura K.E., Slusher N.A., Cabana M.D., Lynch S.V. Role of the gut microbiota in defining human health. Expert Rev. Anti. Infect. Ther. 2010;8(4):435­-454. DOI 10.1586/eri.10.14.

18. Goldenberg S.D., Batra R., Beales I., Digby­Bell J.L., Irving P.M., Kel lingray L., Narbad A., Franslem­Elumogo N. Comparison of different strategies for providing fecal microbiota transplantation to treat patients with recurrent Clostridium difficileinfection in two English hospitals: a review. Infect. Dis. Ther. 2018;7(1):71-­86. DOI 10.1007/s40121­-018­-0189-­y.

19. Gradel K.O., Nielsen H.L., Schønheyder H.C., Ejlertsen T., Kristen­ sen B., Nielsen H. Increased short­ and long­term risk of inflam­ matory bowel disease after salmonella or campylobacter gastroente­ ritis. Gastroenterology. 2009;137(2):495-­501. DOI 10.1053/j.gastro.2009.04.001.

20. Kang D.W., Adams J.B., Gregory A.C., Borody T., Chittick L., Fasa­ no A., Khoruts A., Geis E., Maldonado J., McDonough­Means S., Pollard E.L., Roux S., Sadowsky M.J., Lipson K.S., Sullivan M.B., Caporaso J.G., Krajmalnik­Brown R. Microbiota transfer therapy alters gut ecosystem and improves gastrointestinal and autism symp­ toms: an open­label study. Microbiome. 2017;5(1):10. DOI 10.1186/s40168­-016­-0225­-7.

21. Kellermayer R., Nagy­Szakal D., Harris R.A., Luna R.A., Pitashny M., Schady D., Mir S.A., Lopez M.E., Gilger M.A., Belmont J., Hollis­ter E.B., Versalovic J. Serial fecal microbiota transplantation alters mucosal gene expression in pediatric ulcerative colitis. Am. J. Gas­ troenterol. 2015;110(4):604-­606. DOI 10.1038/ajg.2015.19.

22. Khoruts A., Dicksved J., Jansson J.K., Sadowsky M.J. Changes in the composition of the human fecal microbiome after bacteriotherapy for recurrent Clostridium difficile­associated diarrhea. J. Clin. Gastroen­ terol. 2010;44(5):354­-360. DOI 10.1097/MCG.0b013e3181c87e02.

23. Khoruts A., Sadowsky M.J. Understanding the mechanisms of faecal microbiota transplantation. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2016; 13(9):508­-516. DOI 10.1038/nrgastro.2016.98.

24. Ley R.E. Prevotellain the gut: choose carefully. Nat. Rev. Gastroen­ terol. Hepatol. 2016;13(2):69-­70. DOI 10.1038/nrgastro.2016.4.

25. Lozupone C.A., Stombaugh J.I., Gordon J.I., Jansson J.K., Knight R. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2012;489(7415):220-­230. DOI 10.1038/nature11550.

26. Machiels K., Joossens M., Sabino J., De Preter V., Arijs I., Eeckhaut V., Ballet V., Claes K., Van Immerseel F., Verbeke K., Ferrante M., Verhaegen J., Rutgeerts P., Vermeire S. A decrease of the butyrate­pro­ ducing species Roseburia hominisand Faecalibacterium prausnitzii defines dysbiosis in patients with ulcerative colitis. Gut. 2014;63(8): 1275­-1283. DOI 10.1136/gutjnl-­2013­-304833.

27. Manichanh C., Borruel N., Casellas F., Guarner F. The gut microbiota in IBD. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2012;9(10):599­-608. DOI 10.1038/nrgastro.2012.152.

28. Moayyedi P., Surette M.G., Kim P.T., Libertucci J., Wolfe M., Onis­ chi C., Armstrong D., Marshall J.K., Kassam Z., Reinisch W., Lee C.H. Fecal microbiota transplantation induces remission in patients with active ulcerative colitis in a randomized controlled trial. Gastroenterology. 2015;149(1):102­-109. DOI 10.1053/j.gastro.2015.04.001.

29. O’Hara A.M., Shanahan F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO Rep. 2006;7(7):688-­693.

30. Ohkusa T., Okayasu I., Ogihara T., Morita K., Ogawa M., Sato N. Induction of experimental ulcerative colitis by Fusobacterium varium isolated from colonic mucosa of patients with ulcerative colitis. Gut. 2003;52(1):79-­83.

31. Paramsothy S., Kamm M.A., Kaakoush N.O., Walsh A.J., van den Bo­ gaerde J., Samuel D., Leong R.W.L., Connor S., Ng W., Paramso­thy R., Xuan W., Lin E., Mitchell H.M., Borody T.J. Multidonor intensive faecal microbiota transplantation for active ulcerative coli­tis: a randomised placebo-­controlled trial. Lancet. 2017;389(10075): 1218-1228. DOI 10.1016/S0140­-6736(17)30182-­30184.

32. Pigneur B., Sokol H. Fecal microbiota transplantation in inflamma­ tory bowel disease: the quest for the holy grail. Mucosal Immunol. 2016;9(6):1360­-1365. DOI 10.1038/mi.2016.67.

33. Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K.S., Manichanh C., Nielsen T., Pons N., Levenez F., Yamada T., Mende D.R., Li J., Xu J., Li S., Li D., Cao J., Wang B., Liang H., Zheng H., Xie Y., Tap J., Lepage P., Bertalan M., Batto J.M., Hansen T., Le Paslier D., Lin­neberg A., Nielsen H.B., Pelletier E., Renault P., Sicheritz-­Ponten T., Turner K., Zhu H., Yu C., Li S., Jian M., Zhou Y., Li Y., Zhang X., Li S., Qin N., Yang H., Wang J., Brunak S., Doré J., Guarner F., Kristiansen K., Pedersen O., Parkhill J., Weissenbach J., MetaHIT Consortium, Bork P., Ehrlich S.D., Wang J. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59-­65. DOI 10.1038/nature08821.

34. Reddy S.S., Brandt L.J. Clostridium difficileinfection and inflammatory bowel disease. J. Clin. Gastroenterol. 2013;47(8):666­-671. DOI 10.1097/MCG.0b013e31828b288a.

35. Rossen N.G., Fuentes S., van der Spek M.J., Tijssen J.G., Hart­ man J.H., Duflou A., Löwenberg M., van den Brink G.R., Mathus­ Vliegen E.M., de Vos W.M., Zoetendal E.G., D’Haens G.R., Pon­ sioen C.Y. Findings from a randomized controlled trial of fecal transplantation for patients with ulcerative colitis. Gastroenterology. 2015;149(1):110-­118. DOI 10.1053/j.gastro.2015.03.045.

36. Saebo A., Vik E., Lange O.J., Matuszkiewicz L. Inflammatory bowel disease associated with Yersinia enterocoliticaO:3 infection. Eur. J. Intern. Med. 2005;16(3):176­-182.

37. Shen Z.H., Zhu C.X., Quan Y.S., Yang Z.Y., Wu S., Luo W.W., Tan B., Wang X.Y. Relationship between intestinal microbiota and ulcerative colitis: mechanisms and clinical application of probiotics and fecal microbiota transplantation. World J. Gastroenterol. 2018;24(1):5-14. DOI 10.3748/wjg.v24.i1.5.

38. Sonnenberg A., Genta R.M. Low prevalence of Helicobacter pyloriin­ fection among patients with inflammatory bowel disease. Aliment. Pharmacol. Ther. 2012;35(4):469­-476. DOI 10.1111/j.1365-2036.2011.04969.x.

39. Staley C., Hamilton M.J., Vaughn B.P., Graiziger C.T., Newman K.M., Kabage A.J., Sadowsky M.J., Khoruts A. Successful resolution of recurrent Clostridium difficileinfection using freeze­-dried, encapsu­ lated fecal microbiota; pragmatic cohort study. Am. J. Gastroenterol. 2017;112(6):940-­947. DOI 10.1038/ajg.2017.6.

40. van Nood E., Vrieze A., Nieuwdorp M., Fuentes S., Zoetendal E.G., de Vos W.M., Visser C.E., Kuijper E.J., Bartelsman J.F., Tijssen J.G., Speelman P., Dijkgraaf M.G., Keller J.J. Duodenal infusion of do­ nor feces for recurrent Clostridium difficile. N. Engl. J. Med. 2013; 368(5):407­-415. DOI 10.1056/NEJMoa1205037.

41. Vaughn B.P., Vatanen T., Allegretti J.R., Bai A., Xavier R.J., Korze­ nik J., Gevers D., Ting A., Robson S.C., Moss A.C. Increased intes­tinal microbial diversity following fecal microbiota transplant for active Crohn’s disease. Inflamm. Bowel Dis. 2016;22(9):2182-­2190. DOI 10.1097/MIB.0000000000000893.

42. Wang Y., Qian P.Y. Conservative fragments in bacterial 16S rRNA genes and primer design for 16S ribosomal DNA amplicons in metagenomic studies. PLoS One. 2009;4:e7401. DOI 10.1371/journal.pone.0007401.


Просмотров: 54


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)