Время сбора образцов влияет на результаты исследований микробиома

Несмотря на значительный прогресс в разработке и стандартизации методов исследований кишечного микробиома, подобным работам все еще свойственна низкая воспроизводимость. Метаанализ, результаты которого опубликованы в Nature Metabolism, показал, что большое влияние на результат исследования микробиома оказывает время сбора образцов.

Из 550 опубликованных в 2019 году статьей, включавших анализ 16S РНК или метагеномный анализ микрофлоры кишечника, только в 0,32% было указано время сбора образцов. При этом часто из-за методологических издержек время сбора образцов непостоянно или образцы от экспериментальной и контрольной групп собираются в разное время (например, из-за продолжительности процедуры сбора).

Анализ литературы и личная переписка позволили авторам получить шесть наборов данных из ранее опубликованных статей, которые содержали информацию, необходимую для повторного анализа, а также один набор данных из еще не опубликованной работы.

Для выявления связей между временем сбора образца и результатом анализа авторы использовали межусловное расстояние (between-condition distance, BCD), основанное на взвешенной оценке β-разнообразия с помощью метрики UniFrac. Более высокие значения BCD соответствуют большим различиям между когортами (например, экспериментальной и контрольной группами).

Первое проанализированное исследование было посвящено изучению влияния апноэ во сне на мышей с нокаутом аполипопротеина E. Было показано, что наибольшие различия между группой с имитацией апноэ и контролем наблюдалась во временной точке ZT6 (ZT0 соответствует включению света в виварии, а ZT12 — выключению света), во время инициации гипоксии, и эта временная точка была единственной, в которой наблюдались значимые различия. Наименьшее расхождение демонстрировали образцы, собранные в контрольной группе в ZT22 и в группе гипоксии в ZT18, а наибольшее — собранные в этих группах в ZT18 и ZT6, соответственно.

Далее авторы проанализировали данные, полученные в нескольких исследованиях, посвященных влиянию диеты на микробиом. Эти данные включали в себя информацию о микробиоме слепой кишки у мышей, которые получали нормальное питание (NCD), диету с повышенным содержанием жира (HFD) и HFD-диету с ограничением кормления по времени (HFD TRF). Оказалось, что наибольшие различия между нормальной и высокожировой диетами наблюдаются не в темновую фазу во время кормления, а в светлую фазу на отметке в ZT9. При этом уже к ZT13 различия между группами значительно снижались. А вот наибольшие различия между HFD и HFD TRF группами наблюдались в ZT13, когда у одной из групп был ограничен доступ к еде.

Анализ данных, включавших информацию о микробиоме как слепой, так и подвздошной кишки показал, что, несмотря на общую схожесть динамики, в ZT6 образцы из подвздошной кишки демонстрируют значимо большие различия, чем образцы из слепой кишки.

Наконец, анализ данных из нескольких продолжительных исследований показал, что на временном масштабе недель различия между контрольной и экспериментальной группой имеют стабильный характер при соблюдении одинакового времени сбора. Различия увеличиваются в процессе формирования фенотипа и держатся на одном уровне после его установления.

Таким образом, работа продемонстрировала значительное влияние времени сбора образцов на результат исследования микробиома кишечника. Авторы работы считают, что методология будущих исследований должна включать время сбора образцов и световые условия в виварии, а сам сбор должен производиться в одно и то же время. Авторы также указывают на необходимость разработки методологических рекомендаций по сбору образцов в исследованиях микробиома и призывают редакционные коллективы научных журналов продвигать приведенные в работе рекомендации.