Хронический пылевой бронхит: состав бактериального микробиома мокроты и его связь с повреждениями хромосом в лимфоцитах крови

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Исследования последних лет показывают, что бактериальный микробиом респираторного тракта может оказывать влияние на развитие ряда заболеваний дыхательной системы человека. Изменение состава микробиома у пациентов сопряжено с дисбиозом, а кроме этого, многие бактерии обладают генотоксическим потенциалом и способны прямо или опосредованно повреждать геном в клетках организма хозяина.

Цель исследования — изучить состав микробиома мокроты и его связь с повреждениями хромосом в лейкоцитах крови больных хроническим пылевым бронхитом (ХПБ).

Материалы и методы. Таксономический состав микробиома мокроты 22 пациентов с хроническим пылевым бронхитом и 22 доноров мокроты из контрольной группы был изучен с использованием технологии секвенирования (NGS) бактериальных генов 16S рРНК. Одновременно в лейкоцитах крови были определены частоты хромосомных аберраций и микроядер.

Результаты. Микробиом мокроты больных хроническим пылевым бронхитом имел статистически значимое снижение параметров разнообразия по сравнению со здоровыми участниками исследования. Кроме этого, в мокроте этих пациентов по сравнению с контролем обнаружено увеличение относительной численности рода Streptococcus (29,97 % против 18,78 %; р = 0,003). Таким образом, результаты секвенирования метагенома свидетельствуют об общем дисбиотическом процессе с преобладанием одного доминирующего рода бактерий при этой легочной патологии. Результаты цитогенетического анализа показали значимое увеличение доли аберрантных метафаз у больных хроническим пылевым бронхитом по сравнению со здоровыми донорами (3,41 % против 1,84 %; p < 0,01) и отсутствие значимых различий по частоте микроядер между сравниваемыми группами (1,28 % против 1,11 %). Выявлено наличие положительных корреляций между частотой аберрантных метафаз и содержанием в мокроте пациентов с хроническим пылевым бронхитом представителей типа Bacteroidetes (r = 0,44; р = 0,044); родов Lachnoanaerobaculum (r = 0,446; р = 0,043) и Alloprevotella (r = 0,444; р = 0,044). Дальнейшие исследования должны быть посвящены поиску возможных механизмов влияния этих бактерий на кластогенные эффекты в клетках организма хозяина.

Об авторах

Владимир Геннадьевич Дружинин

Кемеровский государственный университет; Кемеровский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: druzhinin_vladim@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5534-2062
SPIN-код: 6277-4704
Scopus Author ID: 7007062411

д-р биол. наук, профессор, профессор кафедры генетики и фундаментальной медицины

Россия, Кемерово; Кемерово

Елизавета Дмитриевна Баранова

Кемеровский государственный университет

Email: laveivana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9503-8500
SPIN-код: 9000-9016

мл. научн. сотр., научно-инновационное управление

Россия, Кемерово

Павел Сергеевич Деменков

Новосибирский государственный университет

Email: demps@bionet.nsc.ru
SPIN-код: 1172-7270

канд. техн. наук, доцент кафедры дискретной математики и информатики

Россия, Новосибирск

Людмила Валентиновна Мацкова

Балтийский федеральный университет им. И. Канта; Каролинский институт

Email: liudmila.matskova@ki.se
ORCID iD: 0000-0002-3174-1560
SPIN-код: 4756-7437
Scopus Author ID: 6507748788

канд. биол. наук, профессор-исследователь, отдел микробиологии и биотехнологии Института живых систем

Россия, Калининград; Стокгольм

Снежана Александровна Парадникова

Кемеровский государственный университет

Email: bird.doctor@inbox.ru

студентка, кафедра генетики и фундаментальной медицины

Россия, Кемерово

Валентин Павлович Волобаев

Кемеровский государственный университет

Email: volobaev.vp@gmail.com
SPIN-код: 2805-5700

канд. биол. наук, ст. научн. сотр., кафедра генетики и фундаментальной медицины

Россия, Кемерово

Алексей Викторович Ларионов

Кемеровский государственный университет

Email: alekseylarionov09@gmail.com
SPIN-код: 5360-4410

канд. биол. наук, доцент кафедры генетики и фундаментальной медицины

Россия, Кемерово

Список литературы

  1. Жданов В.Ф. О противовоспалительном лечении хронических бронхитов // Пульмонология. 2002. № 5. С. 102–107.
  2. Фенелли К.П., Стулбарг М.С. Хронический бронхит // Пульмонология. 1994. № 2. С. 6–13.
  3. Бакиров А.Б., Мингазова С.Р., Каримова Л.К., и др. Клинико-гигиенические аспекты риска развития и прогрессирования пылевой бронхолегочной патологии у работников различных отраслей экономики под воздействием производственных факторов риска // Анализ риска здоровью. 2017. № 3. С. 83–91. doi: 10.21668/health.risk/2017.3.10
  4. Volobaev V.P., Sinitsky M.Yu., Larionov A.V., et al. Modifying influence of occupational inflammatory diseases on the level of chromosome aberrations in coal miners // Mutagenesis. 2016. Vol. 31, No. 2. P. 225–229. doi: 10.1093/mutage/gev080
  5. Lemercier C. When our genome is targeted by pathogenic bacteria // Cell Mol Life Sci. 2015. Vol. 72, No. 14. P. 2665–2676. doi: 10.1007/s00018-015-1900-8
  6. Дружинин В.Г., Баранова Е.Д., Буслаев В.Ю., и др. Бактериальные эффекторы повреждений ДНК в клетках организма хозяина // Экологическая генетика. 2018. Т. 16, № 3. С. 26–36. doi: 10.17816/ecogen16326-36
  7. Han M.K., Huang Y.J., Lipuma J.J., et al. Significance of the microbiome in obstructive lung disease // Thorax. 2012. Vol. 67, No. 5. P. 456–463. doi: 10.1136/thoraxjnl-2011-201183
  8. Sze M.A., Dimitriu P.A., Hayashi S., et al. The lung tissue microbiome in chronic obstructive pulmonary disease // Am J Respir Crit Care Med. 2012. Vol. 185, No. 10. P. 1073–1080. doi: 10.1164/rccm.201111-2075OC
  9. Qi Y.-J., Sun X.-J., Wang Z., et al. Richness of sputum microbiome in acute exacerbations of eosinophilic chronic obstructive pulmonary disease // Chin Med J (Engl). 2020. Vol. 133, No. 5. P. 542–551. doi: 10.1097/CM9.0000000000000677
  10. Lin K.-W., Li J., Finn P.W. Emerging pathways in asthma: Innate and adaptive interactions // Biochim Biophys Acta. 2011. Vol. 1810, No. 11. P. 1052–1058. doi: 10.1016/j.bbagen.2011.04.015
  11. Kozik A.J., Huang Y.J. The microbiome in asthma: Role in pathogenesis, phenotype, and response to treatment // Ann Allergy Asthma Immunol. 2019. Vol. 122, No. 3. P. 270–275. doi: 10.1016/j.anai.2018.12.005
  12. Wootton D.G., Cox M.J., Gloor G.B., et al. A Haemophilus sp. dominates the microbiota of sputum from UK adults with non-severe community acquired pneumonia and chronic lung disease // Sci Rep. 2019. Vol. 9, No. 1. ID2388. doi: 10.1038/s41598-018-38090-5
  13. Acosta N., Heirali A., Somayaji R., et al. Sputum microbiota is predictive of long-term clinical outcomes in young adults with cystic fibrosis // Thorax. 2018. Vol. 73, No. 11. P. 1016–1025. doi: 10.1136/thoraxjnl-2018-211510
  14. Hewitt R.J., Molyneaux P.L. The respiratory microbiome in idiopathic pulmonary fibrosis // Ann Transl Med. 2017. Vol. 5, No. 12. P. 250. doi: 10.21037/atm.2017.01.56
  15. Maddi A., Sabharwal A., Violante T., et al. The microbiome and lung cancer // J Thorac Dis. 2019. Vol. 11, No. 1. P. 280–291. doi: 10.21037/jtd.2018.12.88
  16. Druzhinin V.G., Matskova L.V., Demenkov P.S., et al. Genetic damage in lymphocytes of lung cancer patients is correlated to the composition of the respiratory tract microbiome // Mutagenesis. 2021. Vol. 36, No. 2. P. 143–153. doi: 10.1093/mutage/geab004
  17. Hungerford D.A. Leukocytes cultured from small inocula of whole blood and the preparation of metaphase chromosomes by treatment with hypotonic KCl // Stain Techn. 1965. Vol. 40, No. 6. P. 333–338. doi: 10.3109/10520296509116440
  18. Fenech M., Chang W.P., Kirsch-Volders M., et al. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures // Mutat Res Genet Toxicol Enviton Mutag. 2003. Vol. 534, No. 1–2. P. 65–75. doi: 10.1016/s1383-5718(02)00249-8
  19. Дружинин В.Г., Минина В.И., Баранова Е.Д., и др. Базовый уровень цитогенетических повреждений в лимфоцитах и буккальных эпителиоцитах больных раком легкого // Генетика. 2019. Т. 55, № 10. С. 1189–1197. doi: 10.1134/S0016675819100047
  20. Savage J.R. Classification and relationships of induced chromosomal structural changes // J Med Genet. 1976. Vol. 13, No. 2. P. 103–122. doi: 10.1136/jmg.13.2.103
  21. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus cytome assay // Nat Protoc. 2007. Vol. 2, No. 5. P. 1084–1104. doi: 10.1038/nprot.2007.77
  22. Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока. Часть 1: пролиферация клеток // Экологическая генетика. 2006. Т. 4, № 3. С. 7–19. doi: 10.17816/ecogen437-19
  23. Bolyen E., Rideout J.R., Dillon M.R., et al. Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME2 // Nat Biotechnol. 2019. Vol. 37, No. 8. P. 852–857. doi: 10.1038/s41587-019-0209-9
  24. Lozupone C., Knight R. UniFrac: a new phylogenetic method for comparing microbial communities // Appl Environ Microbiol. 2005. Vol. 71, No. 12. P. 8228–8235. doi: 10.1128/AEM.71.12.8228-8235.2005
  25. Ulker O.C., Ustundag A., Duydu Y., et al. Cytogenetic monitoring of coal workers and patients with coal workers’ pneumoconiosis in Turkey // Environ Mol Mutagen. 2008. Vol. 49, No. 3. P. 232–237. doi: 10.1002/em.20377
  26. Vodicka P., Polivkova Z., Sytarova S., et al. Chromosomal damage in peripheral blood lymphocytes of newly diagnosed cancer patients and healthy controls // Carcinogenesis. 2010. Vol. 31, No. 7. P. 1238–1241. doi: 10.1093/carcin/bgq056
  27. Vodenkova S., Polivkova Z., Musak L., et al. Structural chromosomal aberrations as potential risk markers in incident cancer patients // Mutagenesis. 2015. Vol. 30, No. 4. P. 557–563. doi: 10.1093/mutage/gev018
  28. Cottliar A.S., Fundia A.F., Morán C., et al. Evidence of chromosome instability in chronic pancreatitis // J Exp Clin Cancer Res. 2000. Vol. 19, No. 4. P. 513–517.
  29. Holland N., Harmatz P., Golden D., et al. Cytogenetic damage in blood lymphocytes and exfoliated epithelial cells of children with inflammatory bowel disease // Pediatr Res. 2007. Vol. 61, No. 2. P. 209–214. doi: 10.1203/pdr.0b013e31802d77c7
  30. Chao M.-R., Rossner P., Haghdoost S., et al. Nucleic acid oxidation in human health and disease // Oxid Med Cell Longev. 2013. Vol. 2013. ID368651. doi: 10.1155/2013/368651
  31. Druzhinin V.G., Matskova L.V., Fucic A. Induction and modulation of genotoxicity by the bacteriome in mammals // Mutat Res Rev Mutat Res. 2018. Vol. 776. P. 70–77. doi: 10.1016/j.mrrev.2018.04.002
  32. Xu N., Wang L., Li C., et al. (2020) Microbiota dysbiosis in lung cancer: evidence of association and potential mechanisms // Transl Lung Cancer Res. 2020. Vol. 9, No. 4. P. 1554–1568. doi: 10.21037/tlcr-20-156
  33. Dickson R.P., Huffnagle G.B. The lung microbiome: new principles for respiratory bacteriology in health and disease // PLOS Pathog. 2015. Vol. 11, No. 7. ID e1004923. doi: 10.1371/journal.ppat.1004923
  34. Molyneaux P.L., Cox M.J., Willis-Owen S.A.G., et al. The role of bacteria in the pathogenesis and progression of idiopathic pulmonary fibrosis // Am J Respir Crit Care Med. 2014. Vol. 190, No. 8. P. 906–913. doi: 10.1164/rccm.201403-0541OC
  35. Han M.K., Zhou Y., Murray S., et al. Lung microbiome and disease progression in idiopathic pulmonary fibrosis: an analysis of the COMET study // Lancet Respir Med. 2014. Vol. 2, No. 7. P. 548–556. doi: 10.1016/S2213-2600(14)70069-4
  36. Cameron S.J.S., Lewis K.E., Huws S.A., et al. A pilot study using metagenomic sequencing of the sputum microbiome suggests potential bacterial biomarkers for lung cancer // PLoS One. 2017. Vol. 12, No. 5. ID e0177062. doi: 10.1371/journal.pone.0177062
  37. Hosgood H.D. III, Sapkota A.R., Rothman N., et al. The potential role of lung microbiota in lung cancer attributed to household coal burning exposures // Environ Mol Mutagen. 2014. Vol. 55, No. 8. P. 643–651. doi: 10.1002/em.21878
  38. Bello S., Vengoechea J.J., Ponce-Alonso M., et al. Core microbiota in central lung cancer with streptococcal enrichment as a possible diagnostic marker // Archivos de Bronconeumol. (Engl Ed). 2020. Vol. 57, No. 11. P. 681–689. doi: 10.1016/j.arbres.2020.05.034
  39. Pragman A.A., Kim H.B., Reilly C.S., et al. The lung microbiome in moderate and severe chronic obstructive pulmonary disease // PLoS One. 2012. Vol. 7, No. 10. ID e47305. doi: 10.1371/journal.pone.0047305
  40. Einarsson G.G., Comer D.M., McIlreavey L., et al. Community dynamics and the lower airway microbiota in stable chronic obstructive pulmonary disease, smokers and healthy non-smokers // Thorax. 2016. Vol. 71, No. 9. P. 795–803. doi: 10.1136/thoraxjnl-2015-207235
  41. Haldar K., George L., Wang Z., et al. The sputum microbiome is distinct between COPD and health, independent of smoking history // Respir Res. 2020. Vol. 21, No. 1. ID183. doi: 10.1186/s12931-020-01448-3
  42. Wang Z., Liu H., Wang F., et al. A refined view of airway microbiome in chronic obstructive pulmonary disease at species and strain-levels // Front Microbiol. 2020. Vol. 11. ID 1758. doi: 10.3389/fmicb.2020.01758
  43. Sears C.L. Enterotoxigenic Bacteroides fragilis: a rogue among symbiotes // Clin Microbiol Rev. 2009. Vol. 22, No. 2. P. 349–369. doi: 10.1128/CMR.00053-08
  44. Goodwin A.C., Destefano Shields C.E., Wu S., et al. Polyamine catabolism contributes to enterotoxigenic Bacteroides fragilis-induced colon tumorigenesis // PNAS. 2011. Vol. 108, No. 37. P. 15354–15359. doi: 10.1073/pnas.1010203108
  45. Allen J., Rosendahl Huber A., Pleguezuelos-Manzano C., et al. Colon Tumors in Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF)-colonized mice do not display a unique mutational signature but instead possess host-dependent alterations in the APC gene // Microbiol Spectr. 2022. Vol. 10, No. 3. ID e0105522. doi: 10.1128/spectrum.01055-22

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Индекс разнообразия Шеннона микробиомов пациентов с хроническим пылевым бронхитом и контрольных доноров. Тест Краскела – Уоллиса (p = 0,001). Диаграммы размаха демонстрируют квартили распределения; отображены минимальное и максимальное значения

Скачать (58KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Двумерная диаграмма, построенная методом анализа главных компонент, демонстрирующая филогенетическое разнообразие прокариотических сообществ в мокроте пациентов с хроническим пылевым бронхитом и контрольных доноров

Скачать (63KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание представителей типа Bacteroidetes в мокроте больных хроническим бронхитом в зависимости от уровня хромосомных аберраций в лимфоцитах крови

Скачать (97KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2022


 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах