В недавнем исследовании, опубликованном в Природаисследователи выявили широко распространенный обмен бактериальными штаммами среди людей (более 10 миллионов случаев обмена) с характерными моделями передачи, включая вертикальную передачу, передачу внутри домохозяйств и среди населения.
Оценка микробного разнообразия человека имеет решающее значение для определения различных нарушений здоровья. Однако степень, в которой межличностные отношения влияют на генетическую конституцию микробиома и влияют на внутри- и межмикробную передачу, недостаточно хорошо охарактеризована и требует дальнейшего изучения.
Об исследовании
В настоящем исследовании исследователи провели метагеномный анализ, чтобы оценить закономерности передачи микробов из ротовой полости и кишечника от человека к человеку.
Всего было проанализировано 9715 микробных образцов (2069 и 7646 образцов слюны и кала соответственно) из 31 набора данных (из 20 стран, включая Аргентину, Колумбию, Китай, Гвинею-Бисау, Италию и Соединенные Штаты Америки) для оценки микробной передачи. между матерями и потомством, домашними контактами, близнецами, популяциями (совместно проживающими особями) и деревнями. Команда также оценила общедоступные наборы данных о фекалиях с образцами от ≥15 человек, при этом ≥2,0 образцов были получены с интервалом >6,0 месяцев. Дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) экстрагировали из образцов фекалий, после чего готовили библиотеки последовательностей.
Геномы были сгруппированы в SGB (ячейки генома на уровне вида), GGB (ячейки генома на уровне рода, расстояние 15,0%) и FGB (ячейки генома на уровне семьи, расстояние 30,0%). SGB, содержащие ≥1,0 эталонного генома, считались известными (kSGB), а те, у которых не было эталонных геномов, считались неизвестными (uSGB). Был проведен филогенетический анализ, а также анализ профилей на уровне видов и штаммов. События совместного использования штаммов идентифицировали на основе нормализованного филогенетического расстояния (nGD) и оценивали медианные скорости SNV ((однонуклеотидные вариации).
Были оценены коэффициенты передачи штаммов от человека к человеку, трансмиссивность SGB и численность на уровне видов, после чего фенотипические признаки видов были аннотированы в сетях обмена штаммами. Микробное профилирование было увеличено до 1022 uSGB, которые дополнили 1730 kSGB, полученных из репозитория, содержащего> 214 000 MAG (геномы, собранные в метагеноме).
Уровень совместного использования штаммов оценивался на основе профилирования каждого образца, преобладающего штамма SGB с распространенностью ≥10,0% среди ≥20 образцов когорты ≥1,0, для 252 SGB и 646 SGB из метагеномов полости рта и кишечника, соответственно, с 24 SGB из метагенома. ротовой и кишечной среды. Штаммы, очень похожие (≤0,0015 SNV) на MAG или изолированные геномы микробов, полученные из коммерческих пищевых продуктов, были отброшены. Бактериальные фенотипы были выведены на основе их генетических последовательностей. Наборы данных были классифицированы как принадлежащие к западному или незападному населению на основе доступности лекарств и медицинской помощи, диеты и санитарных условий.
Результаты
В общей сложности 6,4 миллиона случаев разделения штаммов между людьми было выявлено в образцах кишечника и 4,9 миллиона случаев в образцах полости рта после исключения 278 (94%). Бифидобактерии животных штаммы из образцов кишечника и 540 штаммов, филогенетически сходных с MAG пищевого происхождения из семи SGB, в том числе термофильный стрептококк, С. вестибулярныйи С. саливариус. Вертикальная передача кишечных микробов была стабильной и заслуживающей внимания в младенчестве (коэффициент обмена микробными штаммами составлял 50,0%) и продолжал оставаться в определяемых пределах в более старшем возрасте.
Напротив, оральная микробная передача была в основном горизонтальной и увеличивалась с увеличением продолжительности совместного проживания. Среди совместно проживающих лиц наблюдалось значительное совместное использование штаммов, при этом медианные значения скорости совместного использования микробных штаммов составляли 32,0% и 12,0% для оральных и кишечных микробов соответственно, а продолжительность совместного проживания влияла на совместное использование штаммов более чем генетика или возраст. Кроме того, разделение штаммов лучше воспроизводит структуру популяции по сравнению с профилями на уровне видов.
Отличительные таксоны, по-видимому, являются эффективными распространителями при различных способах передачи и связаны с различными бактериальными фенотипами, связанными со способностью к выживанию вне хозяина. uSGB, составляющие 37,0% SGB, показали высокую распространенность (86,0% и 100,0% кишечных и оральных метагеномов, соответственно, с соответствующей средней относительной распространенностью 17,0% и 10,0%). Распространенность была особенно выше для кишечных микробных геномов, полученных из незападных стран (распространенность 99,0% и наблюдаемая средняя относительная численность 42%).
Бифидобактерии бифидум, кишечный SGB, был успешно профилирован из 1298 образцов кишечных микробов (17,0% от общего количества образцов фекалий). Тот самый штамм Б. бифидум был идентифицирован в 87,0% пар образцов от этого человека, полученных в течение 6,0 месяцев, с отчетливым бимодальным микробом, наблюдаемым для nGD между штаммами, что указывает на общие микробные штаммы. Всего 13 278 событий Б. бифидум совместное использование штаммов было выявлено среди матерей с их соответствующими детьми (трансмиссивность бинов генома на уровне вида 0,9) и между домашними контактами (трансмиссивность бинов генома на уровне вида 0,7). Наибольшие показатели передачи микробных штаммов от человека к человеку были выявлены между совместно проживающими матерями и детьми в возрасте от 0,0 до 3,0 лет (медианное значение 34%).
Перенос микробного штамма между людьми, находящимися в длительном тесном контакте, в значительной степени отвечает за генетическую конституцию микробиома человека и, следовательно, за потенциал взаимодействия хозяин-микроб и метаболических взаимодействий. Среди близнецов уровень общего штамма снизился с 30,0% до 10,0% в течение 30,0 лет раздельного проживания. Влияние социальной коммуникации, наблюдаемой на формирование микробиоты человека, было значительным, с вероятной ролью в микробных инфекциях. Большему микробному богатству среди неевропеизированных сообществ способствовало не увеличение передачи инфекции в домашних условиях, а следствие взаимодействия с окружающей средой, диеты и образа жизни.
В целом, результаты исследования выявили модели оральной и кишечной микробной передачи у людей и подтвердили необходимость переоценки некоторых заболеваний, которые в настоящее время считаются неинфекционными, и что учет социальной структуры и трансмиссивности улучшит дизайн микробных исследований.
