상기도 세균 발달을 위한 저장고로서의 부비동강

미생물 군집 역학에 대한 연구는 건강한 미생물 군집을 유지하거나 복원하는 방법을 포함하여 인간 건강에 매우 중요합니다. Metagenomic 연구는 문화 독립적인 방식으로 이러한 문제를 해결하여 미생물학에 혁명을 일으켰으며 숙주 개발에서 미생물군의 필수적인 역할을 정의했습니다. 장내 미생물총의 초기 발달은 자궁에서 시작되며 출생 시 노출(예: 자연분만 vs 제왕절개). 어미의 미생물총에 의한 초기 씨뿌리기와 그에 따른 세균 천이는 인간의 건강에 중대한 장기적 영향을 미치는 것으로 생각됩니다. 최근의 종적 연구는 유아기 동안 발생하는 항생제 및 환경 스트레스의 결과로 세균 다양성의 점진적인 증가, 비무작위적 공동체 집합, 모유의 영향 및 식탁 음식의 도입, 큰 분류학적 변화를 문서화했습니다. 이러한 초기 사건의 교란이 당뇨병, 암, 정신 건강 및 기타 다양한 질병과 관련되어 있기 때문에 유아 미생물 군집을 "건강한" 상태로 조작하는 것이 장기적인 임상 결과로 어떻게 변환되는지 알아보기 위한 노력이 진행 중입니다.

대조적으로, 구강을 포함하는 호흡기 미생물총의 초기 생애 발달을 지배하는 요인에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았습니다. 출생 시 구강 및 비인두 세균총은 산모의 질관 또는 피부와 유사합니다(분만 방식에 따라 다름). 예비 데이터 세트는 생후 1년 동안 기도 마이크로바이옴이 풍부하고 성인과 같은 미생물 생태계로 진화한다고 제안합니다. 기도의 핵심 식민지는 600종이 넘는 종에 의한 후속 식민지화를 조절하는 것으로 생각되며, 그 중 일부는 인간 건강의 특징인 강력한 박테리아 공동체를 구축하는 역할을 합니다. 다른 2차 식민균은 만성 부비동염, 폐렴 및 치주 질환을 포함하여 구강 및 호흡기 감염에 자주 연루됩니다. 예를 들어, Streptococcus pneumoniae에 의한 유아 식민지화는 소아 중이 질환의 중요한 위험 요소입니다. 따라서 초기 미생물 군집은 유아 미생물 발달 동안 병원성 미생물과 보호 미생물 모두에 의한 기도의 식민지화를 지배하는 주요 요인을 나타냅니다. 유아 기도 미생물 군집의 획득과 그 구성을 변경하는 요인을 이해하는 것은 인체 건강을 증진하고 미국 의료 시스템에 연간 수십억 달러의 부담을 나타내는 기도 질환을 예방하는 데 중요합니다.

기도 미생물총의 산모-신생아 교환은 잘 기록되어 있지만 입, 부비동, 비인두 및 폐 사이의 피험자 내 관계와 해당 부위에서 상대적으로 풍부한 세균 분류군을 조사한 연구는 없습니다. 최근 증거에 따르면 구강은 비구강 위치로 이동하는 병원체의 저장고 역할을 할 수 있습니다. 구강 관련 미생물은 16S 시퀀싱의 증거로 대부분의 다른 신체 부위를 감염시킵니다. 그러나 두 가지 주의 사항으로 인해 이 세균 전이가 논란이 되고 있습니다. 첫째, 구강 박테리아는 입에만 있는 것이 아니라 기도의 다른 곳에서도 발견되므로 그 기원을 확립하기가 어렵습니다. 따라서 기도 틈새 공간 사이의 미생물 교환의 방향성은 알려져 있지 않습니다. 두 번째로, 대부분의 16S 리보솜 RNA(rRNA) 조사는 속 또는 문 수준에서 박테리아 구성만 밝혀내어 균주 계통 및 개별 균주가 사이트 간에 이동할 수 있는지 여부에 대한 정보를 거의 제공하지 않습니다. 이러한 데이터는 저항성 병원체의 성장을 제한하면서 보호 미생물군의 발달을 촉진하는 데 중요합니다.

이 트래피킹에 대한 보다 완전한 이해는 출생 직후 각 기도 틈새에 존재하는 박테리아 군집과 시간 경과에 따른 발달에 대한 심층적인 변형 수준 조사에서 시작됩니다. 이 방향의 한 단계로서, Academic Health Center가 후원하는 이 연구는 metagenomic 시퀀싱을 사용하여 상부 기도 전체에 걸친 특정 박테리아 변종의 교환을 평가할 것입니다. 우리의 마우스 연구(다른 곳에서 설명됨)는 생후 첫 2년 동안 구강, 부비동 및 폐 미생물의 포획을 용이하게 하는 독특한 인구를 대표하는 낭포성 섬유증(CF) 유아에 대한 연구로 보완될 것입니다. 점액 샘플의 비강 흡입과 함께 구강 및 인후 면봉의 조합을 사용하여 메타게노믹 시퀀싱 접근법을 사용하여 각 해부학적 부위에서 박테리아 군집의 구성을 특성화합니다. 출생 시부터 조사관은 각 피험자로부터 시계열 면봉을 수집하고 시간이 지남에 따라 미생물 발달의 변화를 모니터링합니다. 그렇게 함으로써 우리의 연구는 유익한 미생물과 병원성 미생물 모두의 기도 밀매를 밝히고 기도 건강과 질병 사이의 균형을 바꾸는 데 필수적인 병리생리학적 단계를 나타낼 수 있습니다.

실험 계획 소규모 CF 환자 코호트에서 기도 박테리아 군집의 발달을 모니터링할 것입니다. CF 영아는 태어날 때부터 모니터링을 받고 일상적인 외래 환자 방문 중에 표준 치료의 일환으로 정기적으로 기도 미생물총을 채취하기 때문에 구강, 비강 및 폐강 사이의 세균 밀매를 모니터링하는 고유한 인구를 나타냅니다. 미네소타 대학교(UMN)의 모든 신생아는 유전자 검사를 받습니다. CF에 양성 반응을 보인 사람은 필로카르핀 땀 검사를 사용하여 확인됩니다. 참가자가 CF 치료 센터를 방문하는 동안 양성 피험자(2개의 낭포성 섬유증 막전도 조절자[CFTR] 돌연변이 포함)를 샘플링합니다. 평균적으로 영아는 처음 6개월 동안 매달, 1세까지 격월로 진료를 받고 분기별로 UMN CF 센터를 방문합니다(낭포성 섬유증 재단 지침에 따름). 치료 표준의 일환으로 방문할 때마다 흡입을 통해 비강 샘플을 수집합니다. 나일론 면봉은 또한 각 영아의 볼 점막을 샘플링하는 데 사용됩니다. 하기도(폐) 마이크로바이옴의 정확한 프록시로 간주되는 구강인두 면봉도 채취됩니다. 연구 기간 동안 예상되는 CF 신생아 수에 따라 조사관은 최대 10명의 피험자를 모집할 계획입니다. 각 영아로부터 각 기도 부위에서 최대 10개의 측두 면봉을 수집합니다(영아 10명 x 면봉 10개 x 3개 부위 = 300개 샘플). 면봉은 식염수에 저장되고 -80C에서 냉동되며 동시에 처리됩니다.

각 면봉 샘플에서 DNA를 추출하고 미네소타 대학교 유전체학 센터에서 시퀀싱을 수행합니다.