В недавнем исследовании, опубликованном в Frontiers in Cell Infection and Microbiology , исследователи изучили сложную взаимосвязь между кишечным микробиомом людей в разных странах и наблюдаемой тяжестью коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), измеряемой как уровень госпитализации в соответствующей стране.

Фон

Состав микробиома меняется в зависимости от географического положения, что связано с рядом заболеваний и их тяжестью. Таким образом, изучение этой взаимосвязи на уровне населения может помочь выяснить различия в степени тяжести COVID-19 в разных странах.

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи проанализировали 3055 образцов кишечного микробиома из 12 стран, используя комбинацию традиционных подходов и подходов машинного обучения. Подход с двумя анализами усилил результаты и их интерпретацию, расширив линейный анализ традиционными методами с анализом высокой размерности (HD). Таким образом, анализ исследования учитывал сложности микробиома на индивидуальном и популяционном уровнях.

Исследователи применили пермутационный многомерный дисперсионный анализ (PERMANOVA) для определения основных таксонов на уровне рода, различающихся между двумя группами тяжести COVID-19. Они использовали неконтролируемый инструмент машинного обучения, называемый анализом топологических данных (TDA), для обнаружения нелинейных эффектов в данных микробиома HD в этом исследовании.

Исследуемая популяция включала всех здоровых лиц старше двух лет, включая школьников и взрослых. Команда собрала данные о возрасте и категории, причем последние были получены в качестве метаданных. Кроме того, они использовали демографические данные на уровне выборки по полу и индексу массы тела (ИМТ).

Исследователи собрали данные о тяжести COVID-19 из базы данных «Наш мир в данных» (OWID), используя количество госпитализаций в качестве показателя, отражающего предполагаемые иммуномодулирующие эффекты микробиома. Данные исследования включали госпитализации до развертывания вакцины против COVID-19, чтобы избежать потенциальной путаницы. Команда сгруппировала все 12 стран в группы с «высокой» и «низкой» степенью тяжести COVID-19. В первую вошли Канада, Эстония, Финляндия, Дания, Нидерланды и США, а во вторую — Франция, Италия, Израиль, Великобритания, Испания и Швеция. Кроме того, исследователи использовали гистограммы, чтобы наблюдать различия в общей относительной численности микробиома во всех группах COVID-19. Они провели анализ бета-разнообразия, чтобы оценить различия, связанные с составом микробиома, между двумя группами тяжести COVID-19. Так же,

Результаты исследования

PERMANOVA определила таксоны, явно связанные с COVID-19, такие как Eubacterium rectale и Bifidobacterium, а также род Teenis, как два наиболее полезных таксона. Чжэн и др. показали, что эти роды бактерий влияют на иммунный ответ, что объясняет, почему исследователи не обнаружили их у тяжелобольных пациентов с COVID-19. Эти результаты также имели сходство и расхождения с другими исследованиями на индивидуальном уровне. В соответствии с Yeoh et al. Исследование показало увеличение популяции Bacteroides и снижение количества Actinobacteria у пациентов с COVID-19 по сравнению с контрольной группой.

Profoot, Goodnight Bunion, регулятор Bunion, 1 пара

С другой стороны, в отличие от Wu et al., авторы текущего исследования не наблюдали снижения количества Firmicutes по мере увеличения тяжести COVID-19.

Кроме того, PERMANOVA идентифицировала Prevotella copri , тип Bacteroidetes, который, как известно, способствует развитию ревматоидного артрита Alpizar-Rodriguez et al. и Drago в 2019 году. Другое небольшое исследование показало снижение концентрации Prevotella copri среди пациентов с COVID-19 и положительную корреляцию с нагрузкой коронавирусом 2 тяжелого острого респираторного синдрома верхних дыхательных путей (SARS-CoV-2); кроме того, пролиферация популяции E.coli у пациентов с COVID-19, как и у PERMANOVA. Тем не менее, анализ TDA не показал значительной связи между этими бактериями и тяжестью течения COVID-19. Вместо этого TDA обнаружил обогащение Prevotella copri в той же области графика, что и в группе с высокой степенью тяжести, хотя и ниже порога значимости.

Кроме того, TDA идентифицировала противовоспалительные бактерии, Eubacterium rectale, Bifidobacterium longum и bifidum в ассоциации с низкой группой. При других вирусных респираторных инфекциях эти бактериальные штаммы оказывают множество полезных эффектов, стимулируя ось кишечник-легкие. Тем не менее, эти два штамма бифидобактерий оставались неэффективными в отношении клинических исходов у госпитализированных пациентов с COVID-19 в рандомизированном контролируемом исследовании Ivashkin et al.

Эти данные свидетельствуют о незначительном влиянии микробиома на тяжесть COVID-19. Однако на самом деле микробиом может быть многообещающей мишенью для профилактики COVID-19. Недавний препринт рандомизированного контролируемого исследования (РКИ), проведенного Wischmeyer et al. показали, что люди, подвергшиеся воздействию SARS-CoV-2, которые ежедневно употребляли пробиотик на основе Lactobacillus, были менее склонны к развитию COVID-19 или заболевали позже, чем контрольная группа. Виды бифидобактерий воздействуют на дендритные клетки слизистой оболочки кишечника, как это наблюдалось в исследовании López et al., 2011. Кроме того, они оказывают специфическое влияние на дифференцировку Т-клеток. Например, четыре штамма B.bifidum обладают эффектом индукции Т-хелперов 17 (Th17). То же исследование показало, что индуктор цитокинов Th17 интерлейкин (IL)-6 вызывает цитокиновый шторм COVID-19., что, в свою очередь, предполагает, что микробиом является регулятором оси регуляторных Т-клеток (Treg)/Th17, которая отвечает за защиту от патогенов, не вызывая аутоиммунного ответа.

TDA показал превосходные результаты по сравнению с традиционными методами анализа при изучении сложной взаимосвязи между микробиомом и тяжестью COVID-19, что привело к несоответствиям между текущими результатами и предыдущей литературой. Было установлено, что род Collinsella связан с нормальным индексом массы тела (ИМТ), а Collinsella aerofacis имеет провоспалительный профиль и регулируемый иммунитет.

И наоборот, другое исследование обнаружило положительную связь рода Collinsella с инсулином и отрицательную корреляцию с потреблением пищевых волокон. TDA также предложила связь с факторами, вмешивающимися в заблуждение, на индивидуальном и страновом уровне, включая долю людей старше 70 лет в населении, валовой внутренний продукт (ВВП) и индекс человеческого развития друг с другом, а также с тремя противовоспалительными факторами. бактерии, наблюдаемые в группе с низкой степенью тяжести COVID-19.

Выводы

Текущее исследование подтверждает ценность дизайна ассоциации на уровне популяции для исследований, изучающих отношения микробиома и COVID-19. Кроме того, эта работа подтвердила использование TDA для выявления новых ассоциаций микробиома и болезни. Будущие исследования должны быть направлены на изучение прямого и косвенного влияния диеты, благосостояния и эффективности здравоохранения при изучении сложной взаимосвязи между тяжестью COVID-19 и кишечным микробиомом.