Респираторная микробиота у пациентов с недифференцированными патологическими изменениями в легких

Цель исследования. Изучить микробное разнообразие респираторной микробиоты у пациентов с недифференцированными патологическими изменениями в легких.

Материалы и методы. Проведено исследование биопсийного материала, полученного при проведении видеоассистированной торакоскопической резекции легких, 36 пациентов с недифференцированными патологическими изменениями в легких. Изучение микробного разнообразия легких проводили методом высокопроизводительного секвенирования, с помощью секвенатора MiSeq (Illumina, США) с использованием протокола, основанного на анализе вариабельных регионов гена 16s рРНК.

Результаты. Изучена плотность и микробное разнообразие легочной микробиоты полученных образцов. Во всех образцах пациентов доминирующими таксонами на уровне типа являются Proteobacteria (медиана относительной представленности таксона более 90%); типы Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria представлены в меньшем количестве, а типы Fusobacteria и Cyanobacteria – только в некоторых группах. Fusobacteria встречались только у пациентов с саркоидозом легких, также только в этой группе медиана относительной представленности типа Actinobacteria была намного выше, чем в остальных (p<0,05). Во всех образцах наиболее широко представлены роды Stenotrophomonas и Delftia. Бактерия рода Pseudomonas встречалась у пациентов с раком легких

Заключение. В результате анализа полученных данных показано, что Proteobacteria являлись значительно преобладающим типом микробиоты у пациентов с недифференцированными патологическими изменениями в легких; тип Fusobacteria встречался только у пациентов с саркоидозом легких, также только в этой группе медиана относительной представленности типа Actinobacteria была намного выше, чем в остальных группах. Наибольшее таксономическое разнообразие на уровне рода наблюдалось у пациентов с саркоидозом легких.

1. Здравоохранение в Республике Беларусь [Электронный ресурс]: офиц. стат. сб. за 2019 г. Минск: ГУ РНПЦ МТ; 2020. [дата обращения 2024 июль 12]. Режим доступа: http://m.med.by/content/stat/stat2019/2019-1.pdf

2. Moffatt MF, Cookson WO. The lung microbiome in health and disease. Clin Med (Lond). 2017;17(6):525-529. DOI: https://doi.org/10.7861/clinmedicine.17-6-525 Moffatt MF, Cookson WO. The lung microbiome in health and disease. Clin Med (Lond). 2017;17(6):525-529. DOI: https://doi.org/10.7861/clinmedicine.17-6-525

3. Charlson ES, Bittinger K, Chen J, Diamond JM, Li H, Collman RG, et al. Assessing bacterial populations in the lung by replicate analysis of samples from the upper and lower respiratory tracts. PLoS One. 2012;7(9):e42786. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0042786

4. Pragman AA, Lyu T, Baller JA, Gould TJ, Kelly RF, Reilly CS, et al. The lung tissue microbiota of mild and moderate chronic obstructive pulmonary disease. Microbiome. 2018;6(1):7-19. DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-017-0381-4

5. Lee J-J, Kim S-H, Lee M-J, Kim B-K, Song W-J, Park H-W, et al. Different upper airway microbiome and their functional genes associated with asthma in young adults and elderly individuals. Allergy. 2018;74(4):709-719. DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-016-1021-1

6. Shah T, Shah Z, Baloch Z, Cui XM. The role of microbiota in respiratory health and diseases, particularly in tuberculosis. Biomed. Pharmacother. 2021;143:112108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.112108

7. Liu NN, Ma Q, Ge Y, Yi CX, Wei LQ, Tan JC, et al. Microbiome dysbiosis in lung cancer: from composition to therapy. npj Precis. Onc. 2020;33(4). DOI: https://doi.org/10.1038/s41698-020-00138-z

8. Буслаев В.Ю., Мацкова Л.В., Минина В.И., Дружинин В. Г. Анализ микробиоты лёгких и респираторного тракта человека при заболеваниях легочной системы (обзор). Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2022;15(3):396-421. DOI: https://doi.org/10.17516/1997-1389-0395

9. Ibironke O, McGuinness LR, Lu S-E, Wang Y, Hussain S, Weisel CP, et al. Species- level evaluation of the human respiratory microbiome. GigaScience. 2020;9(4). DOI: https://doi.org/10.1093/gigascience/giaa038

10. Dickson RP, Erb-Downward JR, Freeman CM, McCloskey L, Beck JM, Huffnagle GB, et al. Spatial variation in the healthy human lung microbiome and the adapted island model of lung biogeography. Ann Am Thorac Soc. 2015;12(6):821-830. DOI: https://doi.org/10.1513/annalsats.201501-029oc

11. Yu G, Gail MH, Consonni D, Carugno M, Humphrys M, Pesatori AC, et al. Characterizing human lung tissue micro biota and its relationship to epidemiological and clinical features. Genome Biol. 2016;17(1):163. DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-016-1021-1

12. Kovaleva O, Podlesnaya P, Rashidova M, Samoilova D, Petrenko A, Zborovskaya I, et al. Lung microbiome differentially impacts survival of patients with non-small cell lung cancer depending on tumor stroma phenotype. Biomedicines. 2020;8(9):349. DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines8090349

13. Самородов Н.А., Сабанчиева Ж.Х., Васильев И.В. Применение видеоассистированных торакоскопических резекций легкого для дифференциальной диагностики заболеваний легких. Туберкулёз и болезни лёгких. 2021;99(2):16-20. DOI: https://doi.org/10.21292/2075-1230-2021-99-2-16-20

14. Wood DE, Lu J, Langmead B. Improved metagenomic analysis with Kraken 2. Genome Biol. 2019;20(1):257. DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-019-1891-0

15. Preprocess 16S [Electronic resource]. [date of access 2024 June 12]. Available from: https://github.com/masikol/preprocess16S

16. Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014;30(15):2114-2120. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170

17. McMurdie PJ. phyloseq: An R Package for Reproducible Interactive Analysis and Graphics of Microbiome Census Data. PLoS One. 2013;8(4): e61217. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061217

18. Patil I. Visualizations with statistical details: The “ggstatsplot”. Journal of Open Source Software. 2021;6(61)3167. DOI: https://doi.org/10.21105/joss.03167

19. Wickham H, Averick M, Bryan J, Chang W, D’Agostino McGowan L, François R. et al. Welcome to the Tidyverse. Journal of Open Source Software. 2019;4(43)1686. DOI: https://doi.org/10.21105/joss.01686

20. Love MI, Huber W, Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol. 2014;15(12):163. DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8

21. Fiorelli A, D’Andrilli A, Carlucci A, Vicidomini G, Argento G, Trabalza Marinucci B, Ardissone F, et al. Pulmonary Hamartoma Associated With Lung Cancer (PHALC Study): Results of a Multicenter Study. Lung. 2021;199(4):369-378. DOI: https://doi.org/10.1007/s00408-021-00460-8

22. Segal LN, Alekseyenko AV, Clemente JC, Kulkarni R, Wu B, Gao Z, Chen H, Berger KI, Goldring RM, Rom WN, Blaser MJ, Weiden MD. Enrichment of lung microbiome with supraglottic taxa is associated with increased pulmonary inflammation. Microbiome. 2013;1(1):19. DOI: https://doi.org/10.1186/2049-2618-1-19

23. Wang Z, Yang Y, Yan Z, Liu H, Chen B, Liang Z, et al. Multi-omic meta-analysis identifies functional signatures of airway microbiome in chronic obstructive pulmonary disease. ISME. 2020;14(11):2748-2765. DOI: https://doi.org/10.1038/s41396-020-0727-y

24. Zhou BR, Zhang JA, Zhang Q, Permatasari F, Xu Y, Wu D, et al. Palmitic acid induces production of proinflammatory cytokines interleukin-6, interleukin-1β, and tumor necrosis factor-α via a NF-κB-dependent mechanism in HaCaT keratinocytes. Mediators Inflamm. 2013;5:304-329. DOI: https://doi.org/10.1155/2013/530429

25. Стома И.О. Микробиом дыхательных путей. Учебно-методическое пособие. Москва; 2023.

26. Belkaid Y, Hand TW. Role of the microbiota in immunity and inflammation. Cell. 2014;157(1):121-141. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.011

27. Liang HY, Li XL, Yu XS, et al. Facts and fiction of the relationship between preexisting tuberculosis and lung cancer risk: a sys tematic review. Intl J Cancer. 2009;125(12):2936-2944. DOI: https://doi.org/10.1002/ijc.24636

28. Lee SH, Sung JY, Yong D, Chun J, Kim SY, Song JH, et al. Characterization of microbiome in bronchoalveolar lavage fluid of patients with lung cancer comparing with benign mass like lesions. Lung Cancer. 2016;102:89-95. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lungcan.2016.10.016