Динамика кишечной микробиоты пациентов с онкогематологическими заболеваниями после аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток

  • Екатерина Владимировна Охремчук Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Екатерина Ярославовна Скоповец Республиканский научно-практический центр детской онкологии, гематологии и иммунологии, ул. Фрунзенская, 43, 223053, д. Боровляны, Минский район, Беларусь
  • Артур Эдуардович Охремчук Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Наталья Павловна Кирсанова Республиканский научно-практический центр детской онкологии, гематологии и иммунологии, ул. Фрунзенская, 43, 223053, д. Боровляны, Минский район, Беларусь
  • Анастасия Вячеславовна Сидоренко Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Леонид Николаевич Валентович Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-2-48-59

Аннотация

Исследована динамика микробиоты кишечника 32 пациентов после аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Показано, что обратный индекс Симпсона, характеризующий таксономическое разнообразие микробиоты, на 14-й и 30-й дни после трансплантации снижается более чем в 3 раза и к 100-му дню возвращается к исходному уровню. Связи между снижением биоразнообразия микробиоты и развитием посттрансплантационных осложнений не выявлено. Отмечен индивидуальный характер изменений качественного и количественного состава микробиоты пациентов после трансплантации. Определен ряд бактериальных таксонов, таких как семейства Streptococcaceae, Actinomycetaceae, Acidaminococcaceae, Akkermansiaceae, Desulfovibrionaceae, Prevotellaceae, роды Streptococcus, Clostridioides, Phascolarctobacterium, Paraprevotella, Bilophila, Akkermansia, Coprococcus, Sutterella, Alistipes, изменение представленности которых связано с развитием посттрансплантационных осложнений. Выдвинуто предположение, что повышенная относительная численность представителей отдела Proteobacteria, семейств Actinomycetaceae и Streptococcaceae, рода Streptococcus до трансплантации может являться потенциальным биомаркером развития реакции «трансплантат против хозяина».

Биографии авторов

Екатерина Владимировна Охремчук, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории «Центр аналитических и генно-инженерных исследований»

Екатерина Ярославовна Скоповец, Республиканский научно-практический центр детской онкологии, гематологии и иммунологии, ул. Фрунзенская, 43, 223053, д. Боровляны, Минский район, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории молекулярно-генетических исследований

Артур Эдуардович Охремчук, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории «Центр аналитических и генно-инженерных исследований»

Наталья Павловна Кирсанова, Республиканский научно-практический центр детской онкологии, гематологии и иммунологии, ул. Фрунзенская, 43, 223053, д. Боровляны, Минский район, Беларусь

кандидат медицинских наук; врач-гематолог отделения трансплантации

Анастасия Вячеславовна Сидоренко, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук; заведующий лабораторией «Коллекция микроорганизмов»

Леонид Николаевич Валентович, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук; заведующий лабораторией «Центр аналитических и генно-инженерных исследований»

Литература

  1. Ferrara JLM, Levine JE, Reddy P, Holler E. Graft-versus-host disease. The Lancet. 2009;373(9674):1550–1561. DOI: 10.1016/S0140-6736(09)60237-3.
  2. Anasetti C, Logan BR, Lee SJ, Waller EK, Weisdorf DJ, Wingard JR, et al. Peripheral-blood stem cells versus bone marrow from unrelated donors. The New England Journal of Medicine. 2012;367:1487–1496. DOI: 10.1056/NEJMoa1203517.
  3. Taur Y, Jenq RR, Perales M-A, Littmann ER, Morjaria S, Ling L, et al. The effects of intestinal tract bacterial diversity on mortality following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Blood. 2014;124(7):1174–1182. DOI: 10.1182/blood-2014-02-554725.
  4. Peled JU, Gomes ALC, Devlin SM, Littmann ER, Taur Ying, Sung AD, et al. Microbiota as predictor of mortality in allogeneic hematopoietic-cell transplantation. The New England Journal of Medicine. 2020;382:822–834. DOI: 10.1056/NEJMoa1900623.
  5. Shono Y, Docampo MD, Peled JU, Perobelli SM, Jenq RR. Intestinal microbiota-related effects on graft-versus-host disease. International Journal of Hematology. 2015;101:428–437. DOI: 10.1007/s12185-015-1781-5.
  6. Bekker V, Zwittink RD, Knetsch CW, Sanders IMJG, Berghuis D, Heidt PJ, et al. Dynamics of the gut microbiota in children receiving selective or total gut decontamination treatment during hematopoietic stem cell transplantation. Biology of Blood and Marrow Transplantation. 2019;25(6):1164–1171. DOI: 10.1016/j.bbmt.2019.01.037.
  7. Golob JL, Pergam SA, Srinivasan S, Fiedler TL, Liu С, Garcia K, et al. Stool microbiota at neutrophil recovery is predictive for severe acute graft vs host disease after hematopoietic cell transplantation. Clinical Infectious Diseases. 2017;65(12):1984–1991. DOI: 10.1093/cid/cix699.
  8. McLaren MR. Silva SSU taxonomic training data formatted for DADA2 (Silva version 138) [Internet]. Geneva: CERN; 2020 March 27 [cited 2022 February 20]. Available from: https://zenodo.org/record/3731176#.YrK8unZByUk. DOI: 10.5281/zenodo.3731176.
  9. Simpson EH. Measurement of diversity. Nature. 1949;163(4148):688. DOI: 10.1038/163688a0.
  10. Wilcoxon F. Individual comparisons by ranking methods. Biometrics Bulletin. 1945;1:80–83. DOI: 10.2307/3001968.
  11. Benjamini Y, Hochberg Y. Сontrolling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the Royal Statistical Society Series B (Methodological). 1995;57(1):289–300.
  12. Mancini N, Greco R, Pasciuta R, Barbanti MC, Pini G, Morrow OB, et al. Enteric microbiome markers as early predictors of clinical outcome in allogeneic hematopoietic stem cell transplant: results of a prospective study in adult patients. Open Forum Infectious Diseases. 2017;4(4):ofx215. DOI: 10.1093/ofid/ofx215.
  13. Ingham AC, Kielsen K, Cilieborg MS, Lund O, Holmes S, Aarestrup FM, et al. Specific gut microbiome members are associated with distinct immune markers in pediatric allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Microbiome. 2019;7(1):131. DOI: 10.1186/s40168-019-0745-z.
  14. Ilett EE, Jørgensen M, Noguera-Julian M, Nørgaard JC, Daugaard G, Helleberg M, et al. Associations of the gut microbiome and clinical factors with acute GVHD in allogeneic HSCT recipients. Blood Advances. 2020;4(22):5797–5809. DOI: 10.1182/bloodadvances.2020002677.
  15. Han L, Zhang H, Chen S, Zhou L, Li Y, Zhao K, et al. Intestinal microbiota can predict acute graft-versus-host disease following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Biology of Blood and Marrow Transplantation. 2019;25(10):1944–1955. DOI: 10.1016/j.bbmt.2019.07.006.
  16. Han L, Jin H, Zhou L, Zhang X, Fan Z, Dai M, et al. Intestinal microbiota at engraftment influence acute graft-versus-host disease via the Treg /Th17 balance in allo-HSCT recipients. Frontiers in Immunology. 2018;9:669. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00669.
  17. Jenq RR, Ubeda C, Taur Y, Menezes CC, Khanin R, Dudakov JA, et al. Regulation of intestinal inflammation by microbiota following allogeneic bone marrow transplantation. Journal of Experimental Medicine. 2012;209(5):903–911. DOI: 10.1084/jem.20112408.
  18. Laterza L, Rizzatti G, Gaetani E, Chiusolo P, Gasbarrini A. The gut microbiota and immune system relationship in human graftversus-host disease. Mediterranean Journal of Hematology and Infectious Diseases. 2016;8(1):e2016025. DOI: 10.4084/MJHID.2016.025.
  19. Kouidhi S, Souai N, Zidi O, Mosbah A, Lakhal A, Othmane TB, et al. High throughput analysis reveals changes in gut microbiota and specific fecal metabolomic signature in hematopoietic stem cell transplant patients. Microorganisms. 2021;9(9):1845. DOI: 10.3390/microorganisms9091845.
  20. Akhremchuk KV, Skapavets KY, Akhremchuk AE, Kirsanava NP, Sidarenka AV, Valentovich LN. Gut microbiome of healthy people and patients with hematological malignancies in Belarus. Microbiology Independent Research Journal (MIR Journal). 2022;9(1):18–30. DOI: 10.18527/2500-2236-2022-9-1-18-30.
  21. Jenq RR, Taur Y, Devlin SM, Ponce DM, Goldberg JD, Ahr KF, et al. Intestinal Blautia is associated with reduced death from graft-versus-host disease. Biology of Blood and Marrow Transplantation. 2015;21(8):1373–1383. DOI: 10.1016/j.bbmt.2015.04.016.
  22. Chen J, Ryu E, Hathcock M, Ballman K, Chia N, Olson JE, et al. Impact of demographics on human gut microbial diversity in a US Midwest population. PeerJ. 2016;4:e1514. DOI: 10.7717/peerj.1514.
  23. Kasai C, Sugimoto K, Moritani I, Tanaka J, Oya Y, Inoue H, et al. Comparison of the gut microbiota composition between obese and non-obese individuals in a Japanese population, as analyzed by terminal restriction fragment length polymorphism and next-generation sequencing. BMC Gastroenterology. 2015;15:100. DOI: 10.1186/s12876-015-0330-2.
  24. Yi M, Yu S, Qin S, Liu Q, Xu H, Zhao W, et al. Gut microbiome modulates efficacy of immune checkpoint inhibitors. Journal of Hematology & Oncology. 2018;11(1):47. DOI: 10.1186/s13045-018-0592-6.
  25. Shono Y, Docampo MD, Peled JU, Perobelli SM, Velardi E, Tsai JJ, et al. Increased GVHD-related mortality with broad-spectrum antibiotic use after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in human patients and mice. Science Translational Medicine. 2016;8(339):339ra71. DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf2311.
  26. Apisarnthanarak A, Fraser VJ, Dunne WM, Little JR, Hoppe-Bauer J, Mayfield JL, et al. Stenotrophomonas maltophilia intestinal colonization in hospitalized oncology patients with diarrhea. Clinical Infectious Diseases. 2003;37(8):1131–1135. DOI: 10.1086/378297.
  27. Labarca JA, Leber AL, Kern VL, Territo MC, Brankovic LE, Bruckner DA, et al. Outbreak of Stenotrophomonas maltophilia bacteremia in allogenic bone marrow transplant patients: role of severe neutropenia and mucositis. Clinical Infectious Diseases. 2000;30(1):195–197. DOI: 10.1086/313591.
  28. Apisarnthanarak A, Mayfield JL, Garison T, McLendon PM, DiPersio JF, Fraser VJ, et al. Risk factors for Stenotrophomonas maltophilia bacteremia in oncology patients: a case-control study. Infection Control & Hospital Epidemiology. 2003;24(4):269–274. DOI: 10.1086/502197.
  29. Rizzatti G, Lopetuso LR, Gibiino G, Binda C, Gasbarrini A. Proteobacteria: a common factor in human diseases. BioMed Research International. 2017;2017:9351507. DOI: 10.1155/2017/9351507.
  30. Lähteenmäki K, Wacklin P, Taskinen M, Tuovinen E, Lohi O, Partanen J, et al. Haematopoietic stem cell transplantation induces severe dysbiosis in intestinal microbiota of paediatric ALL patients. Bone Marrow Transplant. 2017;52:1479–1482. DOI: 10.1038/bmt.2017.168.
  31. Lazar V, Ditu L-M, Pircalabioru GG, Gheorghe I, Curutiu C, Holban AM, et al. Aspects of gut microbiota and immune system interactions in infectious diseases, immunopathology, and cancer. Frontiers in Immunology. 2018;9:1830. DOI: 10.3389/fimmu.2018.01830.
  32. Gaboriau-Routhiau V, Cerf-Bensussan N. [Gut microbiota and development of the immune system]. Medecine Sciences (Paris). 2016;32(11):961–967. French. DOI: 10.1051/medsci/20163211011.
  33. Lin D, Hu B, Li P, Zhao Y, Xu Y, Wu D. Roles of the intestinal microbiota and microbial metabolites in acute GVHD. Experimental Hematology & Oncology. 2021;10:49. DOI: 10.1186/s40164-021-00240-3.
  34. Taur Y, Xavier JB, Lipuma L, Ubeda C, Goldberg J, Gobourne A, et al. Intestinal domination and the risk of bacteremia in patients undergoing allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Clinical Infectious Diseases. 2012;55(7):905–914. DOI: 10.1093/cid/cis580.
  35. Louis P, Flint HJ. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environmental Microbiology. 2017;19(1):29–41. DOI: 10.1111/1462-2920.13589.
  36. Youssef O, Lahti L, Kokkola A, Karla T, Tikkanen M, Ehsan H, et al. Stool microbiota composition differs in patients with stomach, colon, and rectal neoplasms. Digestive Diseases and Sciences. 2018;63:2950–2958. DOI: 10.1007/s10620-018-5190-5.
  37. Hänninen A, Toivonen R, Pöysti S, Belzer C, Plovier H, Ouwerkerk JP, et al. Akkermansia muciniphila induces gut microbiota remodelling and controls islet autoimmunity in NOD mice. Gut. 2018;67(8):1445–1453. DOI: 10.1136/gutjnl-2017-314508.
  38. Plovier H, Everard A, Druart C, Depommier C, Van Hul M, Geurts L, et al. A purified membrane protein from Akkermansia muciniphila or the pasteurized bacterium improves metabolism in obese and diabetic mice. Nature Medicine. 2017;23(1):107–113. DOI: 10.1038/nm.4236.
  39. Png CW, Lindén SK, Gilshenan KS, Zoetendal EG, McSweeney CS, Sly LI, et al. Mucolytic bacteria with increased prevalence in IBD mucosa augment in vitro utilization of mucin by other bacteria. The American Journal of Gastroenterology. 2010;105(11):2420–2428. DOI: 10.1038/ajg.2010.281.
  40. Depommier C, Everard A, Druart C, Plovier H, Van Hul M, Vieira-Silva S, et al. Supplementation with Akkermansia muciniphila in overweight and obese human volunteers: a proof-of-concept exploratory study. Nature Medicine. 2019;25(7):1096–1103. DOI: 10.1038/s41591-019-0495-2.
  41. Belzer C, de Vos WM. Microbes inside – from diversity to function: the case of Akkermansia. The ISME Journal. 2012;6(8):1449–1458. DOI: 10.1038/ismej.2012.6.
  42. Zhang X, Shen D, Fang Z, Jie Z, Qiu X, Zhang C, et al. Human gut microbiota changes reveal the progression of glucose intolerance. PLoS One. 2013;8(8):e71108. DOI: 10.1371/journal.pone.0071108.
  43. van der Lelie D, Oka A, Taghavi S, Umeno J, Fan T-J, Merrell KE, et al. Rationally designed bacterial consortia to treat chronic immune-mediated colitis and restore intestinal homeostasis. Nature Communications. 2021;12:3105. DOI: 10.1038/s41467-021-23460-x.
  44. Larsen JM. The immune response to Prevotella bacteria in chronic inflammatory disease. Immunology. 2017;151(4):363–374. DOI: 10.1111/imm.12760.
  45. Liu X, Lieberman J. Chapter three – a mechanistic understanding of pyroptosis: the fiery death triggered by invasive infection. In: Alt FW, editor. Advances in immunology. Volume 135. Cambridge: Academic Press; 2017. p. 81–117. DOI: 10.1016/bs.ai.2017.02.002.
  46. Tanoue T, Morita S, Plichta DR, Skelly AN, Suda W, Sugiura Y, et al. A defined commensal consortium elicits CD8 T cells and anti-cancer immunity. Nature. 2019;565(7741):600–605. DOI: 10.1038/s41586-019-0878-z.
Опубликован
2022-07-08
Ключевые слова: микробиом, реакция «трансплантат против хозяина», дисбиоз, метагеномика
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках государственной программы «Наукоемкие технологии и техника» на 2016 –2020 гг. (подпрограмма «Инновационные биотехнологии – 2020», мероприятие 67-1).
Как цитировать
Охремчук, Е. В., Скоповец, Е. Я., Охремчук, А. Э., Кирсанова, Н. П., Сидоренко, А. В., & Валентович, Л. Н. (2022). Динамика кишечной микробиоты пациентов с онкогематологическими заболеваниями после аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Экспериментальная биология и биотехнология, 2, 48-59. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-2-48-59
Выпуск
№ 2 (2022): Экспериментальная биология и биотехнология
Раздел
Биотехнология и микробиология

Copyright (c) 2022 Экспериментальная биология и биотехнология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).