上気道細菌の発生のためのリザーバーとしての副鼻腔

微生物群集のダイナミクスの研究は、健康なマイクロバイオームを維持または回復する方法を含め、人間の健康にとって非常に重要です。 メタゲノム研究は、文化に依存しない方法でこれらの問題に対処することで微生物学に革命をもたらし、宿主発生における微生物叢の重要な役割を定義しました。 腸内微生物叢の初期の発達は子宮内で始まり、出生時の曝露に強く影響されます (例: 経膣分娩 vs 帝王切開）。 母親の微生物叢による最初の播種とそれに続くバクテリアの継承は、人間の健康に重大な長期的影響を与えると考えられています。 最近の縦断的研究では、細菌の多様性、非ランダムな群集の集合、母乳の影響とテーブルフードの導入、および乳児期に発生する抗生物質と環境ストレスの結果としての大きな分類学的シフトが徐々に増加していることが実証されています。 これらの早期イベントの摂動は、糖尿病、がん、メンタルヘルス、およびその他のさまざまな病気に関連しているため、乳児のマイクロバイオームを「健康な」状態に操作することが長期的な臨床結果にどのようにつながるかを知るための努力が進行中です.

対照的に、口腔を含む気道微生物叢の初期の発達を支配する要因にはほとんど注意が払われていません。 出生時の口腔および鼻咽頭フローラは、母体の膣管または皮膚のフローラに似ています (分娩モードによって異なります)。 予備的なデータセットは、生後 1 年の間に、気道マイクロバイオームが豊かな大人のような微生物生態系に進化することを示唆しています。 気道のキーストーンコロニー形成者は、その後の600を超える種によるコロニー形成を調整すると考えられており、そのうちのいくつかは、人間の健康に特徴的な堅牢な細菌群集を確立するのに役立ちます. 他の二次定着者は、慢性副鼻腔炎、肺炎、歯周病などの口腔感染症や呼吸器感染症に頻繁に関係しています。 例として、肺炎連鎖球菌による乳児のコロニー形成は、小児中耳疾患の重要な危険因子です。 したがって、初期の微生物群集は、幼児のマイクロバイオームの発達中に、病原微生物と保護微生物の両方による気道のコロニー形成を支配する主要な要因を表しています。 乳児の気道微生物群集の獲得とその組成を変化させる要因を理解することは、人間の健康の促進と、米国の医療制度に年間数十億ドルの負担をもたらす気道疾患の予防にとって重要です。

気道微生物叢の母体と新生児の交換は十分に文書化されていますが、口、副鼻腔、鼻咽頭、肺の間の被験者内の関係、およびそれらの部位での細菌分類群の相対的存在量を調べた研究はありません。 最近の証拠は、口腔が口腔以外の場所に移行する病原体の貯蔵庫として機能する可能性があることを示唆しています。口腔関連微生物は、16S シーケンスによる証拠として、他のほとんどの身体部位に感染します。 ただし、2 つの警告により、この細菌転移は物議を醸しています。 第一に、口腔細菌は口だけに存在するのではなく、気道の他の場所にも存在するため、その起源を特定することは困難です. したがって、気道ニッチ スペース間の微生物交換の方向性は知られていません。 第二に、ほとんどの 16S リボソーム RNA (rRNA) 調査では、属または門レベルでの細菌組成しか明らかにされておらず、菌株系統に関する情報や、個々の菌株が部位間を移動できるかどうかについての情報はほとんど提供されていません。 これらのデータは、抵抗力のある病原体の増殖を制限しながら、保護微生物叢の発達を促進するために重要です。

この人身売買のより完全な理解は、出生直後の各気道ニッチに存在する細菌群集の詳細なひずみレベルの調査と、時間の経過に伴うそれらの発達から始まります。 この方向への一歩として、アカデミック ヘルス センターが後援するこの研究では、メタゲノム シーケンスを使用して、上気道全体の特定の細菌株の交換を評価します。 私たちのマウス研究 (別の場所で説明) は、人生の最初の 2 年間で口腔、副鼻腔、および肺の微生物叢の捕捉を促進するユニークな集団を代表する嚢胞性線維症 (CF) 乳児の研究によって補完されます。 粘液サンプルの鼻吸引と一緒に、口と喉のスワブの組み合わせを使用することにより、メタゲノム配列決定アプローチを使用して、各解剖学的部位の細菌群集の組成を特徴付けます。 出生時から、研究者は各被験者から時系列のスワブを収集し、時間の経過に伴う微生物叢の発達の変化を監視します。 そうすることで、私たちの研究は、有益な微生物と病原性微生物の両方の気道輸送を明らかにし、気道の健康と病気のバランスを変えるための重要な病態生理学的ステップを表す可能性があります。

実験計画 気道細菌群集の発生は、小さな CF 患者コホートで監視されます。 CF乳児は出生時から監視されており、標準治療の一環として定期的な外来受診中に定期的に気道微生物叢のサンプリングが行われているため、口腔、鼻腔、および肺腔間の細菌輸送を監視するためのユニークな集団を表しています。 ミネソタ大学 (UMN) のすべての新生児は遺伝子検査を受けています。 ピロカルピン汗テストを使用して、CF 陽性の検査で確認されます。 陽性の被験者 (2 つの嚢胞性線維症膜コンダクタンス レギュレーター [CFTR] 変異を有する) は、参加者が CF 治療センターを訪れている間にサンプリングされます。平均して、乳児は最初の 6 か月間は毎月、1 歳になるまでは隔月で診察を受け、その後、四半期ごとに UMN CF センターを訪れます (Cystic Fibrosis Foundation のガイドラインに従って)。 標準治療の一環として、来院のたびに鼻サンプルを吸引して採取します。 乳児の頬粘膜のサンプル採取にもナイロン綿棒が使用されます。 口腔咽頭スワブも取得されます。これは、下気道 (肺) マイクロバイオームの正確なプロキシであると考えられています。 研究期間中に予想されるCF新生児の数に基づいて、研究者は最大10人の被験者を募集する予定です. 各乳児から、各気道部位から最大 10 個の一時的なスワブが収集されます (10 乳児 x 10 スワブ x 3 サイト = 300 サンプル)。 スワブは生理食塩水で保存され、-80℃で凍結され、並行して処理されます。

各綿棒サンプルから DNA を抽出し、ミネソタ大学ゲノミクス センターで配列決定を行います。