Vollständige 16S rRNA-Sequenzierung: Ein neuartiges Werkzeug zur Mikrobiellen Diversität für klinische Studien

In den letzten Jahren haben sich zahlreiche Forscher der eingehenden Erforschung mikrobieller Gemeinschaften im medizinischen Bereich gewidmet, wobei der Schwerpunkt auf der Identifizierung von Schlüsselspezies auf der Art-Ebene liegt. Diese Identifizierung ist entscheidend für nachfolgende mechanistische Studien und experimentelle Validierung. Obwohl Next-Generation-Sequenzierung (NGS) Technologien können mikrobielle Gemeinschaften auf der Speziesebene annotieren, jedoch beeinträchtigen die kurzen Sequenzlängen oft die Genauigkeit der Ergebnisse. Im Gegensatz dazu können metagenomische Analysen eine Auflösung auf Speziesebene erreichen; jedoch sind die mikrobiellen Daten, die aus Proben mit hohem Wirtsgehalt – wie Geweben und intestinalen Inhalten – gewonnen werden, häufig begrenzt. Eine relevante Frage stellt sich: Gibt es eine Sequenzierungstechnologie, die sowohl die Auflösung der Speziesidentifikation als auch den Einfluss von wirtsabgeleiteten Sequenzen adressieren kann?

Der Artikel mit dem Titel Vollständige 16S rRNA-Sequenzierung verbessert die mikrobiologische Analyse auf Speziesebene hat die erheblichen Vorteile von CD Genomics bei der Analyse der vollständigen mikrobiellen Vielfalt erläutert. Während CD Genomics weiterhin seine Techniken erforscht und optimiert, wurde eine bemerkenswerte Verbesserung der Annotationsraten auf Art-Ebene beobachtet, die die Entdeckung von Arten in klinischen und tierischen Proben erheblich erleichtert.

Eine Überprüfung der aktuellen Literatur zu mikrobiellen Gemeinschaften in der medizinischen Forschung zeigt, dass die umfassende Analyse der mikrobiellen Diversität in verschiedenen Bereichen weit verbreitet angewendet wurde, einschließlich Studien zu Magen-Darm-, Atem- und Fortpflanzungstrakten. Folglich fasst dieses Manuskript mehrere Forschungsartikel zusammen, die verwenden Umfassende Analyse der mikrobiellen Vielfalt innerhalb klinischer Kohortenstudien zur Referenz des Lesers.

Anwendungen der vollständigen 16S rRNA-Sequenzierung in klinischen Kohortenstudien

Mikrobielle Translokation von der Mundhöhle zu Patienten mit Nasopharynxkarzinom

Veröffentlicht in: Nature Communications

Impact Faktor: 14,7

Verwendete Techniken: Next-Generation Sequencing, Vollständige 16S mikrobielle Diversität, Bakterielle Genomik, Meta-Transkriptomik

Zusammenfassung

Diese Studie untersuchte die mikrobielle Translokation von der Mundhöhle zum Nasopharynxkarzinom (NPC) in einer Kohorte von Patienten. Insgesamt wurden 165 unbehandelte NPC-Patienten und 138 nicht-malignante Kontrollen in die Analyse einbezogen. Paarweise nasopharyngeale Abstriche und Speichelproben wurden für die vollständige mikrobielle Diversitätssequenzierung und die Next-Generation-Sequenzierung von 16S rRNA-Genen entnommen.

Ergebnisse

Mikrobielle Identifizierung: In sowohl der NPC- als auch der Kontrollgruppe zeigten gepaarte nasopharyngeale-orale Proben die Identifizierung von 13 mikrobielle Arten, die eine abnormale Translokation von der Mundhöhle in den Nasopharynx aufwiesen, mit bemerkenswerter Anreicherung bei NPC-Patienten.

Validierung von Mikroben: Fusobacterium nucleatum und Prevotella intermedia wurden durch kulturbasierte Methoden und Identifizierung klonaler Stämme bestätigt.

Meta-Transkriptomische Beweise: Meta-transkriptomische Analysen von nasopharyngealen Biopsien bestätigten das Vorhandensein dieser Mikroben im Tumorgewebe, was auf einen Einfluss auf das lokale Mikroumfeld und die Zytokinantworten hindeutet.

Assoziation mit dem Epstein-Barr-Virus: Es wurde eine signifikante Korrelation zwischen diesen Mikroben und der Epstein-Barr-Virus (EBV)-Last im Nasopharynx beobachtet, was auf eine erhöhte Dosis-Wirkungs-Beziehung hinweist.

Abb. 1: Die Assoziation zwischen oral translozierten Mikroben und EBV-Infektion im Nasopharynx.

FazitDiese Studie zeigt, dass orale Mikroben in den Nasopharynx wandern und Tumore infiltrieren können, wodurch sie das Tumormikroenvironment beeinflussen und mit einer EBV-Infektion korrelieren.

Diese Forschung unterstreicht die Relevanz der oralen Mikrobiota in der Pathogenese des Nasopharynxkarzinoms und rechtfertigt weitere Untersuchungen zu ihren Rollen in der Onkogenese und der lokalen Immunmodulation.

Anreicherung der oralen Mikrobiota in frühen zystischen Vorläufern von invasivem Pankreaskrebs

Veröffentlicht in: Gut

Impact Factor: 23

Technik: Vollständige 16S mikrobielle Diversität

Zusammenfassung

Die vorliegende Studie untersucht die potenziellen mikrobiellen Gemeinschaften, die in pankreatischen zystischen Tumoren (PCNs) bei einer Kohorte von chirurgischen Patienten vorhanden sind. Insgesamt wurden 105 Patienten mit Verdacht auf pankreatische zystische Tumoren in die Analyse einbezogen, wobei der Schwerpunkt auf den mikrobiologischen Eigenschaften dieser Läsionen lag.

Ergebnisse

Mikrobielle Bewertung: Signifikante Erhöhungen der bakteriellen DNA-Ladung und des Entzündungsmarkers Interleukin-1 Beta (IL-1β) wurden in Zystenflüssigkeit von intraduktalen papillär-muzinösen Neoplasien (IPMNs) mit hochgradiger Dysplasie und Karzinom im Vergleich zu Nicht-IPMN-Patienten beobachtet.

Spezifische bakterielle Anreicherung: Innerhalb der zystischen Flüssigkeit von hochgradigen dysplastischen IPMNs wurden orale Bakterien-Taxa, einschließlich Fusobacterium nucleatum und Granulicatella adiacens, gleichzeitig nachgewiesen und als angereichert befunden.

Klinische Korrelationen: Der Anstieg von bakterieller DNA in der zystischen Flüssigkeit war mit einer Vorgeschichte invasiver endoskopischer Verfahren korreliert. Diese Korrelation war unabhängig von der Anwendung von Protonenpumpenhemmern (PPI) und Antibiotika.

Abbildung 2: (A) Kladegramm, das die Ergebnisse der linearen Diskriminanzanalyse zeigt, die 15 unterschiedlich abundant Merkmale unter den diagnostischen Klassen identifiziert hat (rot=Krebs, orange=IPMN HGD, gelb=IPMN LGD). (B–G) Violin-Diagramme, die die relative Abundanzverteilung und den Median ausgewählter bakterieller Gattungen nach diagnostischer Gruppe darstellen, mit Validierung der Genomquantifizierung von Fusobacterium nucleatum mittels TaqMan qPCR.

Fazit

Diese Forschung hebt die Anreicherung der oralen Mikrobiota in frühen zystischen Vorläufern von invasivem Pankreaskrebs hervor und deutet auf einen möglichen Zusammenhang zwischen mikrobieller Dysbiose und Pankreasonkogenese hin. Weitere Studien sind erforderlich, um die Implikationen dieser Ergebnisse für Strategien zur frühen Erkennung und Behandlung zu klären.

Die Mekonium-Mikrobiota weist mehr Gemeinsamkeiten mit der Mikrobiota des Fruchtwassers auf als mit der mütterlichen Stuhl- und Vaginalmikrobiota.

Veröffentlicht in: Gut Microbes

Impact Factor: 12,2

Technik: Vollständige 16S Mikrobensequenzierung

Zusammenfassung

Diese Studie untersucht die mikrobiellen Gemeinschaften, die in Mekonium und maternalen Proben, einschließlich Fruchtwasser, Fäkalien, vaginaler Flüssigkeit und Speichel, in einer Kohorte von 39 Mutter-Kind-Paaren vorhanden sind. Die Ergebnisse verdeutlichen die Ähnlichkeiten und Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung dieser Proben.

Ergebnisse

Stichprobenanalyse: Insgesamt wurden 39 Mutter-Kind-Paare analysiert, wobei der Fokus auf der Mikrobiota im Mekonium und verschiedenen mütterlichen Proben lag.

Diversitätsanalyse: Sowohl die Alpha- als auch die Beta-Diversitätsanalysen zeigten ausgeprägte mikrobiologische Gemeinschaftsmerkmale, die spezifisch für jeden Proben-Typ sind.

Identifizierung dominanter Gattungen: Die identifizierten dominanten Gattungen waren wie folgt:

Fruchtwasser: Lactobacillus und Campylobacter.

Vaginalproben: Bacillus und Escherichia/Shigella.

Mütterliche Fäkalien: Bacteroides und Faecalibacterium.

Speichelproben: Streptococcus und Salmonella.

Mikrobielle Ursprünge: Die Mikrobiota des Mekoniums wurde als Ursprung aus mehreren mütterlichen Standorten identifiziert, wobei mehrere operationale taxonomische Einheiten (OTUs) zwischen den mütterlichen Proben geteilt wurden. Besonders bemerkenswert ist, dass die Mikrobiota des Fruchtwassers den größten Einfluss auf die Zusammensetzung der Mikrobiota des Mekoniums hatte.

Abbildung 3: Vorhersage des mütterlichen Ursprungs der Mekonium-Mikrobiota durch Dyadanalyse.

Schlussfolgerung

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mekonium-Mikrobiota eine größere Ähnlichkeit mit der Mikrobiota des Fruchtwassers aufweist als mit der mütterlichen fecalen und vaginalen Mikrobiota, was auf ein komplexes Zusammenspiel von mikrobiellen Gemeinschaften während des perinatalen Zeitraums hinweist. Weitere Forschungen sind erforderlich, um die Auswirkungen dieser mikrobiellen Interaktionen auf die Gesundheit von Neugeborenen zu untersuchen.

Probiotikorientierte Modulation der Darmmikrobiota ist von der basalen Mikrobiota abhängig.

Veröffentlicht in: Gut Microbes

Impact Faktor: 12,2

Technik: Vollständige 16S Mikrobielle Diversitätsanalyse

Zusammenfassung

Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Lactobacillus casei Zhang (LCZ) auf die Darmmikrobiota von 106 gesunden Erwachsenen aus sechs Regionen in Asien. Die Modulation der Darmmikrobiota durch Probiotika hängt von der Ausgangszusammensetzung des Mikrobioms ab, was regionale Variationen zeigt.

Ergebnisse

Studienkohorte: Insgesamt 106 gesunde Erwachsene aus sechs verschiedenen asiatischen Regionen wurden eingeschlossen, um die Auswirkungen von LCZ auf die Darmmikrobiota zu analysieren.

Abhängigkeit der Mikrobiota-Zusammensetzung: Der Einfluss von LCZ auf die mikrobielle Zusammensetzung korrelierte eng mit der Ausgangsmikrobiota der Teilnehmer und wies signifikante regionale Unterschiede auf.

Auswirkungen auf die mikrobielle Häufigkeit: Der Konsum von LCZ führte zu einer Zunahme der relativen Häufigkeit von nützlichen Bakterien, während das Wachstum schädlicher Bakterien gehemmt wurde. Darüber hinaus wurden bei bestimmten Teilnehmern Veränderungen im Mikrobiom festgestellt, die zu einer Erhöhung der Häufigkeit von Milchsäurebakterien führten.

Stoffwechselverbesserungen: Es wurde gezeigt, dass LCZ den mikrobiellen Phosphatstoffwechsel, die Aminosäuretransportsysteme und die Isoleucin-Biosynthese verbessert, während gleichzeitig die Lipopolysaccharid (LPS) Biosynthese reduziert wird.

Abbildung 4. Wirkung des Konsums des Probiotikums LCZ auf die Darm-LAB der Teilnehmer aus sechs Regionen.

Fazit

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die probiotikagesteuerte Modulation der Darmmikrobiota erheblich von der basalen Mikrobiomzusammensetzung beeinflusst wird. Dies unterstreicht die Bedeutung personalisierter probiotischer Interventionen basierend auf individuellen mikrobiellen Profilen zur Optimierung der Gesundheitsresultate. Weitere Forschungen werden empfohlen, um die Auswirkungen dieser Ergebnisse in verschiedenen Bevölkerungsgruppen zu untersuchen.

Hochauflösende Detektion der Translokation von oralen Bakterien in den Darm

Veröffentlicht in: Zeitschrift für Zahnforschung

Impact Faktor: 5,7

Technik: Vollständige 16S-Sequenzierung

Zusammenfassung

Die abweichende Anreicherung der oralen Mikrobiota im gastrointestinalen Trakt stellt eine signifikante Veränderung des mikrobiellen Gleichgewichts im Darm dar. Es wird angenommen, dass diese Mikroorganismen möglicherweise über Speichel und Nahrung transloziert werden; jedoch sind die Beweise, die die orale-darmmikrobielle Übertragung unterstützen, unzureichend und erfordern weitere Untersuchungen.

Ergebnisse

Studienkohorte: Die Studie umfasste 144 Teilnehmer aus einer Gemeinde in xx Town, Japan, aus verschiedenen Altersgruppen. Speichel- und Stuhlproben wurden für die hochauflösende Voll-Längen-Sequenzierung der 16S-Mikrobenvielfalt gesammelt.

Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung: Es wurde ein deutlicher Unterschied in der bakteriellen Zusammensetzung zwischen der Speichel- und der Darmmikrobiota festgestellt. Dennoch wurde bei 72,9 % der Teilnehmer mindestens eine Amplicon-Sequenzvariante (ASV) zwischen der Speichel- und der Darmmikrobiota geteilt.

Proportionale Verteilung von ASVs: Die gemeinsamen ASVs machten zwischen 0,0% und 63,1% (Median 0,14%) der Mikrobiota des Darms pro Teilnehmer aus, mit bemerkenswerten Vertretungen von Streptococcus salivarius und Streptococcus parasanguinis. Ältere Teilnehmer wiesen eine signifikant höhere relative Gesamtmenge dieser Bakterien auf, was mit einer erhöhten Ansammlung von Zahnbelag korrelierte.

Geteilte ASV-Häufigkeit: Unter den Darmmikrobiota mit geteilten ASVs mit einer Häufigkeit von ≥5% waren die Anteile von Streptococcus, Lactobacillus und Klebsiella deutlich erhöht, während die von Faecalibacterium, Pseudomonas, Mucispirillum und Parabacteroides verringert waren.

Abbildung 5. Zusammensetzung der Darmmikrobiota in Verbindung mit der Anreicherung von oralen Bakterien.

Bedeutung der ErgebnisseDiese hochauflösende Studie liefert Beweise für die Translokation von oralen Bakterien in den Darm bei in der Gemeinschaft lebenden Erwachsenen. Bei älteren Teilnehmern wurde eine signifikant höhere Belegungsrate von gemeinsamen ASVs festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Anreicherung von oralen Bakterien im Darm eine altersbedingte Veränderung ist.

Fazit

Die Anwendung von vollständige mikrobielle Diversitätssequenzierung In medizinischen Kohortenstudien erleichtert die verbesserte Auflösung die Entdeckung von Arten. Durch die Identifizierung von mikrobiellen Arten, die in erkrankten Gruppen angereichert sind, und die Bestätigung der Ergebnisse durch experimentelle Kultivierung können Forscher Mikroben genauer bestimmen, die mit verschiedenen Krankheiten assoziiert sind. Dieser Ansatz könnte zudem die interaktiven Mechanismen zwischen spezifischen Mikroben und ihrem Wirt weiter aufschlüsseln und somit unser Verständnis der gesundheitsrelevanten Implikationen der Mikrobiota voranbringen.

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