肺癌患者における肺および口腔マイクロバイオームの培養学的解析と16S rRNA遺伝子配列決定

Characterization of Lung and Oral Microbiomes in Lung Cancer Patients Using Culturomics and 16S rRNA Gene Sequencing.

抄録

近年、肺がんにおける微生物叢異常が非常に注目されている。肺微生物に関する研究は、そのほとんどがシーケンシングに基づいており、存在量の極めて少ない潜在的に機能的な細菌が明らかにされていない。本研究では、カルチュロミクスと16S rRNA遺伝子シーケンスを用いて、肺と口腔の微生物叢を特徴付け、比較した。気管支肺胞洗浄液（BALF）サンプルから種レベルで同定された198菌種のうち、肺胞内細菌が優勢であった（39.90％）。BALF検体から分離された20の細菌種は、患者の少なくとも半数に存在し、口腔検体でも非常に豊富であった。分離された菌株のうち、StreptococcusとStreptococcusが非常に優勢であった。とは口腔から肺にかけて減少し、シュードモナスは増加した。線形判別分析の効果量から、Prevotella oralisはがん検体よりも健常検体で多く検出された。さらに、Gemella sanguinisとStreptococcus intermediusは、非小細胞肺がん（NSCLC）群からのみ分離され、16S rRNA遺伝子配列決定により、NSCLC群では小細胞肺がん群よりも多いことが示された。さらに、andは肺腺癌で濃縮されたのに対し、ブルセラ菌は肺扁平上皮癌で濃縮された。全体として、肺癌患者の微生物群集に変化が観察され、その多様性は部位や病理に依存するかもしれない。カルチュロミクスと16S rRNA遺伝子アンプリコンシークエンシングを用いた本研究により、肺癌患者における肺および口腔微生物叢の変化に関する知見が得られた。 肺微生物叢とがんとの関係は、DNA塩基配列決定に基づいて探索されてきた。しかし、肺微生物叢のさらなる研究には、培養に依存したアプローチが不可欠である。本研究では、カルチュロミクスと16S rRNA遺伝子アンプリコンシークエンシングを組み合わせた包括的なアプローチを適用し、片側肺葉腫瘤患者の唾液およびBALFサンプル中の微生物叢のメンバーを検出した。われわれは、肺がん患者の微生物群集に変化を見出し、その多様性は部位や病態に依存する可能性があることを明らかにした。これらの特徴は、潜在的な細菌バイオマーカーであり、肺癌の診断と治療の新たなターゲットとなる可能性がある。さらに、肺癌患者の肺および口腔微生物バイオバンクが構築され、宿主-微生物相互作用の研究に有用なリソースとなった。

Recently, microbiota dysbiosis in lung cancer has attracted immense attention. Studies on lung microbes are mostly based on sequencing, which has left the potentially functional bacteria with extremely low abundance uncovered. In this study, we characterized and compared the lung and oral cavity microbiotas using culturomics and 16S rRNA gene sequencing. Of the 198 bacteria identified at the species level from bronchoalveolar lavage fluid (BALF) samples, was predominant (39.90%). Twenty bacterial species isolated from BALF samples were present in at least half of the patients and were also highly abundant in oral samples. Of all isolated strains, Streptococcus and were highly dominant. The abundance of and decreased from the oral cavity to the lung, whereas that of Pseudomonas increased. Linear discriminant analysis effect size demonstrated that was more abundant in the healthy samples than in the cancerous ones, which is in accordance with the isolation of Prevotella oralis only from the healthy group using culturomics. Moreover, Gemella sanguinis and Streptococcus intermedius were isolated only from the non-small-cell lung cancer (NSCLC) group, and 16S rRNA gene sequencing showed that they were higher in the NSCLC than in the small-cell lung cancer group. Furthermore, while and were enriched in lung adenocarcinoma, Brucella was enriched in lung squamous cell carcinoma. Overall, alterations were observed in the microbial community of patients with lung cancer, whose diversity might be site and pathology dependent. Using culturomics and 16S rRNA gene amplicon sequencing, this study has provided insights into pulmonary and oral microbiota alterations in patients with lung cancer. The relationship between lung microbiota and cancer has been explored based on DNA sequencing; however, culture-dependent approaches are indispensable for further studies on the lung microbiota. In this study, we applied a comprehensive approach combining culturomics and 16S rRNA gene amplicon sequencing to detect members of the microbiotas in saliva and BALF samples from patients with unilateral lobar masses. We found alterations in the microbial community of patients with lung cancer, whose diversity might be site and pathology dependent. These features may be potential bacterial biomarkers and new targets for lung cancer diagnosis and treatment. In addition, a lung and oral microbial biobank from lung cancer patients was established, which represents a useful resource for studies of host-microbe interactions.