中等度から重度の肺疾患を有する嚢胞性線維症患者の気道マイクロバイオームのアンターゲットメタゲノム調査

Untargeted Metagenomic Investigation of the Airway Microbiome of Cystic Fibrosis Patients with Moderate-Severe Lung Disease.

• Giovanni Bacci
• Giovanni Taccetti
• Daniela Dolce
• Federica Armanini
• Nicola Segata
• Francesca Di Cesare
• Vincenzina Lucidi
• Ersilia Fiscarelli
• Patrizia Morelli
• Rosaria Casciaro
• Anna Negroni
• Alessio Mengoni
• Annamaria Bevivino

抄録

嚢胞性線維症（CF）肺マイクロバイオータはいくつかの研究で特徴づけられているが、アンターゲットメタゲノム解析を用いたマイクロバイオームレベルでの時間的変化についてはまだほとんど知られていない。本研究の目的は、CF患者のコホートにおける下気道マイクロバイオームの分類学的および機能的な時間的動態を調査することであった。イタリアの 3 つの CF センターに定期的に通院している進行性肺疾患患者 22 名から 15 ヶ月間にわたって複数の喀痰サンプルを採取し、合計 79 サンプルを採取しました。サンプルから抽出されたDNAは、ショットガンメタゲノムシークエンシングにより、株レベルの分類学的プロファイリングと機能的メタゲノムレパートリーの評価の両方を可能にしました。患者間の分類学的異質性は高く、臨床状態に応じて短期的に組成が変化していた。各患者は、分類学的レベルで異なる喀痰微生物群集を示し、伝統的なCF病原体と非定型CF病原体の両方の菌株に特異的なコロニー化を示した。抗生物質耐性遺伝子を含む大きなコアとなる遺伝子群は、臨床状態の違いにもかかわらず患者間で共有されており、既知の抗生物質曝露とは無関係に、すべての被験者の肺マイクロバイオームから一貫して検出された。以上のことから、微生物関連遺伝子は分類学的に変動しているにもかかわらず、全体的に安定していることが明らかになった。

Although the cystic fibrosis (CF) lung microbiota has been characterized in several studies, little is still known about the temporal changes occurring at the whole microbiome level using untargeted metagenomic analysis. The aim of this study was to investigate the taxonomic and functional temporal dynamics of the lower airway microbiome in a cohort of CF patients. Multiple sputum samples were collected over 15 months from 22 patients with advanced lung disease regularly attending three Italian CF Centers, given a total of 79 samples. DNA extracted from samples was subjected to shotgun metagenomic sequencing allowing both strain-level taxonomic profiling and assessment of the functional metagenomic repertoire. High inter-patient taxonomic heterogeneity was found with short-term compositional changes across clinical status. Each patient exhibited distinct sputum microbial communities at the taxonomic level, and strain-specific colonization of both traditional and atypical CF pathogens. A large core set of genes, including antibiotic resistance genes, were shared across patients despite observed differences in clinical status, and consistently detected in the lung microbiome of all subjects independently from known antibiotic exposure. In conclusion, an overall stability in the microbiome-associated genes was found despite taxonomic fluctuations of the communities.