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拡張スペクトルβ-ラクタマーゼを産生する腸内細菌を保有する介護施設入居者の腸内マイクロバイオームシグナル
Gut microbiome signatures of nursing home residents carrying Enterobacteria producing extended-spectrum β-lactamases.
PMID: 32665016 DOI: 10.1186/s13756-020-00773-y.
抄録
背景:
拡張β-ラクタマーゼ産生腸内細菌科（ESBL-E）の有病率は、過去数十年にわたって絶えず増加している。広範な抗生物質耐性を獲得したこれらの微生物は、現在では一般的なヒトの病原体となっています。抗生物質や他の薬剤によって誘導される腸内マイクロバイオームの変化は、これらの微生物の増殖を可能にするが、そのメカニズムはまだ完全には解明されていない。
BACKGROUND: The prevalence of extended beta-lactamase producing Enterobacteriaceae (ESBL-E) has been constantly increasing over the last few decades. These microorganisms that have acquired broad antibiotic resistance are now common human pathogens. Changes in the gut microbiome, induced by antibiotics or other drugs, enable expansion of these microorganisms, but the mechanisms are not yet fully understood.
目的:
主な目的は、メタゲノミクスを用いて、ESBL-Eを担持している老人ホーム入居者の腸内マイクロバイオームを特徴づける特定の細菌、機能的な経路および遺伝子を同定することであった。
OBJECTIVES: The main objective was to identify specific bacteria and functional pathways and genes characterizing the gut microbiome of nursing home residents carrying ESBL-E, using metagenomics.
被験者と方法:
2 つの異なる介護施設に住む 144 名の入居者を対象とした。すべての糞便サンプルは ESBL-E のスクリーニングを行い、腸内マイクロバイオームは浅いショットガンメタゲノム DNA シーケンシングを用いて特徴付けを行った。
SUBJECTS AND METHODS: We included 144 residents living in two different nursing homes. All fecal samples were screened for ESBL-E and gut microbiome was characterized using shallow shotgun metagenomic DNA sequencing.
結果:
老人ホーム入居者10名をESBL-E、すなわちEscherichia coli、Klebsiella pneumoniae、Enterobacter cloacae種でコロニー化し、非キャリアと比較した。その結果、ESBL-Eキャリアはサンプル内の多様性に変化があることがわかった。ブートストラップアルゴリズムを用いて、ESBL-Eキャリアの腸内マイクロバイオームは、非キャリアと比較して、酪酸産生種が減少し、コハク酸産生種が濃縮され、細胞内pHの恒常性に関与する経路が濃縮されていることを明らかにした。ESBL-Eキャリアでは、いくつかのエネルギー代謝経路が過剰に発現しており、複数の微生物や粘液層由来の栄養素を代謝する能力が高いことが示唆された。
RESULTS: Ten nursing home residents were colonized by ESBL-E, namely Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae and Enterobacter cloacae species, and were compared to non-carriers. We found that ESBL-E carriers had an alteration in within-sample diversity. Using a bootstrap algorithm, we found that the gut microbiome of ESBL-E carriers was depleted in butyrate-producing species, enriched in succinate-producing species and enriched in pathways involved in intracellular pH homeostasis compared to non-carriers individuals. Several energy metabolism pathways were overrepresented in ESBL-E carriers suggesting a greater ability to metabolize multiple microbiota and mucus layer-derived nutrients.
結論:
介護施設の ESBL-E キャリアの腸内マイクロバイオームは、特定の分類学的および機能的特徴を有しており、腸内細菌科の拡大を可能にする環境を提供している。ここでは、ヒトの腸内マイクロバイオータにおけるコロニー化の持続性につながる複雑な相互作用を解明するのに役立つ可能性のある、ESBL-E担持に関連した新たな機能的特徴を記述する。
CONCLUSIONS: The gut microbiome of ESBL-E carriers in nursing homes harbors specific taxonomic and functional characteristics, conferring an environment that enables Enterobacteriaceae expansion. Here we describe new functional features associated with ESBL-E carriage that could help us to elucidate the complex interactions leading to colonization persistence in the human gut microbiota.