鼻窦腔作为上呼吸道细菌发育的储库

微生物群落动力学的研究对人类健康至关重要，包括如何维持或恢复健康的微生物群落。 宏基因组研究通过以独立于培养的方式解决这些问题，彻底改变了微生物学，并确定了微生物群在宿主发育中的重要作用。 肠道微生物群的初始发育始于子宫内，并受到出生时暴露的强烈影响（例如 阴道分娩与剖腹产分娩）。 母亲的微生物群落的初始播种及其随后的细菌演替被认为对人类健康具有关键的长期影响。 最近的纵向研究记录了细菌多样性的逐渐增加、非随机社区组装、母乳的影响和餐桌食品的引入，以及由于婴儿期发生的抗生素和环境压力导致的大规模分类学转变。 由于这些早期事件的扰动与糖尿病、癌症、心理健康和一系列其他疾病有关，因此正在努力了解如何将婴儿微生物组控制到“健康”状态转化为长期临床结果。

相比之下，很少有人关注控制呼吸道微生物群（包括口腔）生命早期发育的因素。 出生时，口腔和鼻咽菌群类似于母体阴道或皮肤（取决于分娩方式）。 初步数据表明，在生命的第一年，气道微生物群演变成一个丰富的、类似成人的微生物生态系统。 气道的关键定植者被认为调节了 600 多种物种的后续定植，其中一些物种有助于建立具有人类健康特征的强大细菌群落。 其他次级定植者经常与口腔​​和呼吸道感染有关，包括慢性鼻窦炎、肺炎和牙周病。 例如，肺炎链球菌的婴儿定植是儿童中耳疾病的重要危险因素。 因此，早期微生物群落代表了在婴儿微生物组发育过程中控制致病微生物和保护微生物在气道定植的主要因素。 了解婴儿气道微生物群落的获得以及改变其组成的因素对于促进人类健康和预防气道疾病至关重要，气道疾病每年给美国医疗保健系统带来数十亿美元的负担。

虽然气道微生物群的母婴交换有据可查，但尚无研究检查口腔、鼻窦、鼻咽和肺之间的受试者内部关系以及这些部位细菌类群的相对丰度。 最近的证据表明，口腔可能是病原体的储存库，这些病原体会转移到非口腔部位；作为 16S 测序的证据，口腔相关微生物会感染大多数其他身体部位。 然而，有两个警告使这种细菌转移引起争议。 首先，口腔细菌不仅存在于口腔中，而且还存在于呼吸道的其他地方，这使得它们的来源难以确定。 因此，气道生态位空间之间微生物交换的方向性尚不清楚。 其次，大多数 16S 核糖体 RNA (rRNA) 调查仅揭示属或门水平的细菌组成，几乎没有提供有关菌株谱系以及单个菌株是否可以在位点之间迁移的信息。 这些数据对于促进保护性微生物群的发展同时限制顽固病原体的生长至关重要。

要更全面地了解这种贩运，首先要对出生后不久出现在每个气道壁龛中的细菌群落及其随时间的发展进行深入的菌株水平调查。 作为朝着这个方向迈出的一步，这项由学术健康中心赞助的研究将使用宏基因组测序来评估整个上呼吸道特定细菌菌株的交换。 我们的小鼠研究（在别处解释）将通过对囊性纤维化 (CF) 婴儿的研究进行补充，这些婴儿代表了一个独特的人群，有助于在生命的头两年捕获口腔、鼻腔和肺部微生物群。 通过结合使用口腔和咽喉拭子，以及粘液样本的鼻吸，宏基因组测序方法将用于表征每个解剖部位的细菌群落组成。 从出生开始，研究人员将从每个受试者身上收集时间序列的拭子，并监测微生物群随时间发展的变化。 通过这样做，我们的研究将阐明有益微生物和致病微生物的气道运输，并可能代表改变气道健康与疾病之间平衡的重要病理生理学步骤。

实验计划将在小型 CF 患者队列中监测气道细菌群落的发展。 由于 CF 婴儿从出生开始就受到监测，并在例行门诊就诊期间定期对气道微生物群进行采样，作为其护理标准的一部分，因此他们代表了一个独特的人群，可以监测口腔、鼻腔和肺腔之间的细菌运输。 明尼苏达大学 (UMN) 的所有新生儿都经过基因筛查。 那些 CF 测试呈阳性的人将使用毛果芸香碱汗液测试进行确认。 然后在参与者访问 CF 治疗中心期间对阳性受试者（具有 2 个囊性纤维化跨膜电导调节器 [CFTR] 突变）进行采样；平均而言，前 6 个月每个月都会对婴儿进行检查，然后每隔一个月检查一次，直到 1 岁，然后每季度对 UMN CF 中心进行一次检查（根据囊性纤维化基金会指南）。 作为护理标准的一部分，每次就诊时通过抽吸收集鼻腔样本。 尼龙拭子也将用于对每个婴儿的口腔粘膜进行取样。 还将获得口咽拭子，这被认为是下呼吸道（肺）微生物组的准确代表。 根据研究期间预期的 CF 新生儿数量，研究人员计划招募多达 10 名受试者。 从每个婴儿的每个气道部位收集最多 10 个时间拭子（10 个婴儿 x 10 个拭子 x 3 个部位 = 300 个样本）。 拭子将储存在盐水中，冷冻在-80C 并平行处理。

将从每个拭子样本中提取 DNA，并在明尼苏达大学基因组学中心进行测序。