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[昊阅读] 肺炎球菌结合疫苗对婴儿肺炎球菌和鼻菌群变化的影响
摘要:PCV7,PCV13与菌群相关性研究
英文题目:Influence of the pneumococcal conjugate vaccines on the temporal variation of pneumococcal carriage and the nasal microbiota in healthy infants: a longitudinal analysis of a case–control study
中文题目:肺炎球菌结合疫苗对健康婴儿马车肺炎球菌和鼻细菌菌群变化的影响: 病例对照研究的纵向分析
期刊名:Microbiome       发表时间: 2017.8           影响因子: 8.496
单位:瑞士伯尔尼大学传染病研究所
研究技术:
  •  qPCR(针对特异基因lytA):检测马车肺炎球菌数量;
  • 16S rRNA扩增子测序(V3-V5):检测细菌核心菌群和群落变化;
  • 寡核苷酸探针杂交法:针对核心菌群进行更精细的物种分类和丰度研究;
研究背景:
       肺炎球菌通常藏匿在婴幼儿的鼻咽部,一旦带菌者抵抗力降低,肺炎球菌就会趁虚而入,导致不同部位的一系列感染,包括中耳炎 (耳)、肺炎(肺)、菌血症(血液) 和脑膜炎 (脑脊髓膜),而马车肺炎球菌是这些后续侵袭性疾病的先决条件。随着引入肺炎球菌结合疫苗PCV7和PCV13(已知肺炎球菌共有91种血清型,PCV7能抵抗其中常见的7种血清型,而PCV13在PCV7基础上能多抵抗6种血清型肺炎球菌),对于儿童,尤其是2岁以下儿童的肺炎球菌疾病控制非常重要,有效改变了上呼吸道肺炎球菌定植情况,然而疫苗是否能导致上呼吸道微生物组的变化目前还没有报道。
样本信息:
       41个健康婴幼儿,在出生第一年接受了两剂肺炎球菌结合疫苗(PCV):接种PCV7(n = 20,出生于2010年)或PCV13(n = 21,出生于2011-2013年),每两周收集一次鼻拭子,共计763个样本(PCV7,n = 355和PCV13,n = 408)。
研究结果:
1. 接种疫苗PCV13导致马车肺炎球菌数量减少
       对特异基因lytA进行 qPCR,检测婴儿出生第一年内马车肺炎球菌数量,结果发现接种疫苗PCV7和PCV13组之间没有差异(图1A,B)。但是把马车肺炎球菌数量定义为10个拷贝以上时(>10 lytA copies), 接种疫苗PCV13组的马车肺炎球菌数量明显少于接种疫苗PCV7组(图1C,D)。

 
图1. 肺炎球菌特异基因lytA qPCR检测马车肺炎球菌数量。接种PCV7样品(蓝色,n = 355)与接种PCV13样品(红色,n = 408)比较。(A,C)使用原始数据, (B,D)使用拟合数据。
 
2.      核心菌群的寡核苷酸分型
       使用16S rRNA扩增子测序对接种PCV7和PCV13组的鼻细菌菌群进行分析,平均每个样本产生了1227.3条序列,选取了五个最丰富的细菌(莫拉菌科、链球菌科、葡萄球菌科、巴斯德菌科、棒状杆菌科),定义为核心菌群,并进行寡核苷酸分型。基于寡核苷酸分型相对于OUT对物种分类更加精准,因为它依赖于16S rRNA高变区的不同SNPs。总的来说,本结果确定了19种寡核苷酸分型(OTs)(图2)。在巴斯德细菌家族(Pasteurellaceae),发现了六种寡核苷酸分型,分类学上归为流感嗜血杆菌(H. influenzae)。葡萄球菌科分类为金黄色葡萄球菌(OTs Sta1和Sta3)和凝固酶阴性葡萄球菌(OTs Sta2和Sta4)。接着发现流感嗜血杆菌2(H.influenzae 2)和流感嗜血杆菌3(H.influenzae 3)在PCV13组丰度更高。

 
图2. 核心菌群的寡核苷酸分型
 
3.      PCV13组细菌多样性增加
        基于二进制输入矩阵,计算了寡核苷酸分型(OTs)的数量,结果发现PCV13组的寡核苷酸分型数量(物种数)明显高于PCV7组(图3A、B)。还计算了香浓指数(SDI),结果发现PCV13组的香浓指数也显著较高(图3C、D)。

 
图3. 核心菌群的细菌多样性分析
 
       接着分析了PCV7和PCV13组的β-多样性,NMDS结果表明两组的微生物组成没有明显差异(图4A、B)。

 
图4. 核心菌群的β-多样性分析。(A)基于丰度, (B)基于寡核苷酸分型(OTs)。
 
 
4.      cluster多样性在PCV13组更高
        接下来基于寡核苷酸分型(OTs)的相对丰度进行聚类,得到了10种不同的cluster(图5)。相关性分析表明cluster1, 5和7和PCV7组呈正相关。Cluster2, 6和8和PCV13组呈正相关。接着计算了每个cluster的香浓指数,结果发现与PCV13相关的cluster2在所有Cluster中多样性更高,而PCV7相关Cluster的香浓指数低。

图5. Cluster分析。左侧分别是Cluster、Cluster与PCV7 (355个样本和20例婴儿)和PCV13(408个样本和21例婴儿)的相关系数、P值。右侧为基于寡核苷酸分型结果的不同Cluster组成。
 
5.      cluster稳定性在PCV13组更高
        根据定义,随着时间的推移,始终维持在同一个cluster的菌群保持较高的稳定性,而那些在不同cluster之间经常切换的菌群稳定性很低,结果发现,接种PCV13的婴儿在不同cluster之间切换较少,与接种PCV7的婴儿相比具有较低的Jensen-Shannon距离,因此 PCV13组的cluster稳定性更好。

 
图6. 细菌核心菌群的稳定性。基于Jensen-Shannon距离计算cluster的稳定性。较低的Jensen-Shannon距离表示较高的稳定性,因为在cluster之间切换较少。A. 每个婴儿的Jensen-Shannon距离。PCV7组:1-20; PCV13组:21-41。B. 平均Jensen-Shannon距离。
 
总结:
        1)接种疫苗PCV13婴儿的马车肺炎球菌数量明显少于接种疫苗PCV7组。
        2)接种疫苗PCV13婴儿的细菌α多样性更高。
        3)PCV13相关的cluster多样性更高,而PCV7相关Cluster多样性低。
        4)接种PCV13婴儿菌群在不同cluster之间切换较少,因此 PCV13组的菌群稳定性更好。
        5)推测,接种PCV13组婴儿的上呼吸道菌群具有较高的多样性和稳定性可能是由于具有较少的马车肺炎球菌引起的。
 
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