Как бактерии адаптируются к новому хозяину после трансплантации фекальной микробиоты
Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) уже используется при тяжёлых инфекциях Clostridioides difficile, но эффективность процедуры зависит от того, какие донорские штаммы приживаются у реципиента. До недавнего времени отследить приживление отдельных штаммов было сложно из-за ограничений традиционного секвенирования.
Исследователи из США и Австралии представили метод LongTrack, основанный на метагеномике длинных прочтений (Oxford Nanopore, PacBio). Он позволяет собирать высококачественные геномы (MAG) с разрешением до уровня штамма и минимальной контаминацией, преодолевая ограничения секвенирования коротких прочтений.
Метод использует уникальные участки ДНК - k-меры (короткие фрагменты ДНК длиной k нуклеотидов) для идентификации штаммов донора и реципиента. Ключевое новшество LongTrack - выбор k-меров только из общих регионов генома, что исключает ложные сигналы при анализе схожих штаммов. Валидация на изолятах показала 100% точность и специфичность - заметно выше, чем у подходов с короткими прочтениями.
В исследовании шести пациентов после ТФМ (четверо с рецидивирующей C. difficile-инфекцией, двое с ВЗК) было выявлено 648 прижившихся штаммов. У больных с рецидивирующей инфекцией Cl. difficile средняя приживаемость донорских бактерий составляла 98% в первую неделю и 63% через пять лет. Среди них - Akkermansia muciniphila и Faecalibacterium prausnitzii, ключевые для поддержания кишечного гомеостаза. При ВЗК приживаемость была ниже (35-64%), а собственные штаммы реципиента устойчивее (80-96%).
Длинные прочтения также позволили выявить структурные вариации (SV) - делеции, инверсии, вставки - возникающие в прижившихся штаммах. За пять лет наблюдения обнаружено 38 таких изменений, многие в генах адаптации.
Ещё одно преимущество метода - возможность одновременно анализировать SV и профили ДНК-метилирования. Так, у Parabacteroides merdae выявлена инверсия, изменяющая структуру S-субъединицы системы рестрикции-модификации. Это приводило к появлению нового генотипа и ранее не описанного мотива метилирования ДНК, что, вероятно, способствует адаптации бактерий к новому хозяину.
LongTrack задаёт новый стандарт точности для мониторинга микробных штаммов и может использоваться при разработке целевых бактериальных терапий. Понимание того, какие штаммы приживаются и как они эволюционируют, поможет прогнозировать клинические исходы ТФМ.