Egy eddig ismeretlen baktériumnemzetség kulcsszerepe az egészségben

Háttér 

Az emberi bélmikrobiom összetett ökoszisztéma, amelynek pontos megismerésében fontos akadály, hogy fajainak nagy része, több mint 70%-a nem tenyészthető, ezek vizsgálata csak genetikai módszerekkel lehetséges.

Szerepük, jelentőségük kevéssé ismert, és vizsgálatuk új lehetőségeket nyithat az egészség és a betegségek megértésében.

Célkitűzés

A vizsgálat célja az volt, hogy globális metagenomikai adatok segítségével feltérképezze a nem tenyészthető bélmikrobiom fajszintű kapcsolatát az emberi egészséggel és betegségekkel. 

Módszerek 

Több mint 11 000 humán bél-metagenom mintát gyűjtöttek össze 39 országból, egészséges és 13 nem fertőző betegségben szenvedő csoportokból. Genomszintű klasztereket hoztak létre a talált fajok – köztük a nem tenyészthetők – azonosítására. A mikrobiális klasztereket különböző egészségi állapotokkal és betegségekkel hozták összefüggésbe. Statisztikai és gépi tanulási módszerekkel meghatározták, hogy mely fajok vagy fajtársulások kapcsolódnak egyértelmű klinikai állapotokhoz. 

Eredmények 

Összesen 317, egészséggel vagy betegséggel összefüggő fajt azonosítottak. A nem tenyészthető fajok aránya általában egészségi állapottól függően hasonló volt, azonban a Crohn-betegséggel, a colitis ulcerosával és az obesitassal összefüggő fajok között szignifikánsan magasabb volt a nem tenyészthetők aránya. A nem tenyészthető fajok többsége a Faecalibacterium nemzetséghez, illetve a CAG-103 és a CAG-170 kóddal jelölt klaszterekhez tartozott. Utóbbi kettő kizárólag nem tenyészthető fajokból áll. 

715 olyan baktériumfajt azonosítottak, amely legalább egy betegséghez kapcsolódott, köztük tenyészthető és nem tenyészthető fajokat is; a legtöbb kapcsolat Crohn-betegségben, colitis ulcerosában, elhízásban és colorectalis rákban jelent meg. 342 faj inkább betegségekhez, míg 373 faj inkább egészséges állapothoz társult. Fontos megfigyelés, hogy a betegséghez kötődő fajok többsége csak egyetlen betegségre volt jellemző, míg az egészséggel társult fajok több betegséghez viszonyítva is következetesen az egészséges kontrollokban voltak jelen. A legtöbb baktérium következetesen vagy egészséges vagy beteg állapothoz kapcsolódott. 

A CAG-170 

Az egészséges állapothoz legerősebben és következetesen a CAG-170 nevű klaszter kapcsolódott. 

A CAG-170 biológiailag egy baktériumnemzetség az Oscillospiraceae (más néven Ruminococcaceae) családon belül, de jelenleg még nem hivatalosan leírt, és nagyrészt nem tenyészthető. A CAG-170 volt az egyetlen nemzetség, amely egyszerre sok egészséggel társult fajt tartalmazott, erős hatásméretet mutatott, és döntően nem tenyészthető baktériumokból állt. Bár gyakorisága és mennyisége a bélben alacsony, fajainak túlnyomó többsége több különböző betegség viszonylatában is következetesen az egészséges állapothoz kapcsolódott. Összességében ez azt jelzi, hogy a CAG-170 egy stabil, több fajon és kórképen átívelő, egészséghez kötődő mikrobiális jel. 

Az is kiderült, hogy az egészséges bélmikrobiom inkább funkcionálisan hasonló, mint fajszinten egységes, és erősen függ a földrajzi és életmódbeli különbségektől. 

Az egészséges bélmikrobiomban az együttes előfordulás alapján a CAG-170 nemzetség több faja is a társulások legfontosabb csomópontjai közé tartozott. Ez arra utal, hogy ez a nagyrészt ismeretlen baktériumcsoport kiemelt szerepet tölthet be az egészséges bélmikrobiom szerveződésében és stabilitásában. 

A CAG-170 nemzetség időben is stabil, jelenléte és mennyisége kevésbé ingadozik, mint sok más baktériumé, és csökkenése a bélmikrobiom dysbiosisával jár együtt. A CAG-170 egyúttal jelentős alfajszintű genetikai diverzitást is mutat: egy egyénen belül több, egymáshoz közeli törzs élhet együtt. Ez a törzsdiverzitás szintén negatívan korrelált a dysbiosissal, vagyis egészséges állapotban nagyobb volt és stabilabb.  

A CAG-170 genomjai kiemelten gazdagok a B12-vitamin bioszintéziséhez kapcsolódó génekben, de valószínűleg nem képesek önállóan arginint előállítani, ezért más mikroorganizmusoktól vagy a gazdaszervezettől függenek. Ez a kettősség a CAG-170 az egészséges bélmikrobiomban betöltött, együttműködésen alapuló, központi funkciójára utal. 

A tanulmány konklúziója, hogy a nem tenyészthető bélbaktériumok eddig alulértékelt, de központi szerepet játszanak az emberi egészségben. Közel ugyanolyan klinikai információt hordozhatnak, mint a tenyészthető baktériumok, és bizonyos betegségek esetén érdemben javíthatják a diagnosztikai modellek teljesítményét. Megismerésük új diagnosztikai biomarkerekhez és célzott tenyésztési stratégiákhoz vezethet, és alapvetően átformálhatja a bélmikrobiomról alkotott jelenlegi, tenyésztés-központú szemléletet.