Бактериомы и виромы обеднены у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника

Изменения в бактериоме у людей с воспалительными заболеваниями кишечника (болезнью Крона и язвенным колитом) изучены достаточно хорошо. Хуже обстоят дела с грибами и вирусами кишечника. Было показано, что виром пациентов обеднен, что, вероятно, связано с изменениями бактериома и воспалением слизистой. Также ученые продемонстрировали высокую грибковую нагрузку у людей с этими заболеваниями. В новой работе исследователи из Японии и Германии проанализировали метагеномы образцов фекалий, отобранных у 111 пациентов с язвенным колитом и 31 пациента с болезнью Крона, а также у 540 здоровых контролей. Они охарактеризовали бактерии, их гены, бактериофаги и одноклеточные эукариоты.

Всего авторы идентифицировали 441 род, 4364 вида бактерий, 403 гена резистентности к антибиотикам, 1347 фагов и 90 эукариот. Также в анализ вошли данные из предыдущих исследований (287 пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника и 178 контролей из США, Нидерландов, Испании и Китая).

Альфа-разнообразие бактерий у пациентов было ниже, чем у контролей, у пациентов с болезнью Крона оно было ниже, чем у пациентов с язвенным колитом. У пациентов было больше бактерий Bifidobacterium spp. (B. breve, B. longum и B. dentium), Enterococcus spp. (E. faecium и E. faecalis), а также Streptococcus salivarius, но при этом меньше бактерий, производящих короткоцепочечные жирные кислоты, таких как Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium spp. (E. rectale и E. ventriosum) и Anaerostipes hadrus. Археи не были ассоциированы с микробиомами пациентов. Выявленные закономерности подтверждал анализ других когорт.

Авторы отдельно проанализировали патогены группы ESKAPE. В образцах пациентов с болезнью Крона, но не с язвенным колитом, было больше Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa. Enterococcus faecium был обогащен во всех образцах, ассоциированных с воспалительными заболеваниями кишечника.

Модель, созданная с помощью машинного обучения, могла с высокой степенью достоверности различить образцы пациентов и контролей.

Далее авторы профилировали гены резистентности к антибиотикам (резистом) в японской когорте. Число таких генов было повышено у пациентов с болезнью Крона, но не с язвенным колитом и не у контролей. Например, это были гены acrB, emrR и acrA.

Число msrC коррелировало с количеством Enterococcus faecium, обогащенного у пациентов. Также 38 генов резистентности коррелировали с Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae у пациентов с болезнью Крона. Анализ позволил предположить наличие бактерий со множественной лекарственной устойчивостью. Дальнейшее изучение генов показало, что у пациентов с болезнью Крона активно проходил биосинтез липополисахаридов, и у всех пациентов — биосинтез пептидогликанов. У пациентов с болезнью Крона было также много факторов вирулентности. Их функции были в основном связаны с адгезией и инвазией в эпителиальные клетки кишечника.

Альфа-разнообразие вирома пациентов было снижено. У пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, язвенным колитом и болезнью Крона значительно изменилось содержание 65, 37 и 16 вирусных операционных таксономических единиц (vOTU) по сравнению с контролями. Авторы полагают, что изменения в количестве фагов следуют за изменениями в бактериоме. Функциональный анализ показал, что три из семи фагов, обогащенных у пациентов, несут предполагаемые патогенные гены.

Анализ грибков и простейших выявил довольно мало этих организмов у пациентов. У людей с болезнью Крона было больше грибков Saccharomyces cerevisiae и Debayomyces hansenii, с язвенным колитом — Saccharomyces paradoxus и Saccharomyces kudriavzevii. Exophiala mesophila, напротив, было меньше. Не было выявлено протист, характерных для пациентов.

Присутствие Saccharomyces cerevisiae и Escherichia coli отрицательно коррелирует с бактериями, производящими короткоцепочечные жирные кислоты. Напротив, короткоцепочечные жирные кислоты могут подавлять адгезию и проникновение в эпителиальные клетки кишечника патогенов.

Таким образом, у пациентов и контролей, а также у пациентов с язвенным колитом и болезнью Крона различаются профили бактериомов, виромов и микобиомов. У пациентов также было много генов лекарственной устойчивости. Из-за взаимосвязи микроорганизмов может быть полезно воздействовать сразу на всю сеть, а не на отдельные бактерии.

Органоиды из клеток пациентов позволили выделить два подтипа болезни Крона