上海锐翌生物科技有限公司

服务电话:021-51001612

邮箱:support@realbio.cn

科研动态

STM:从菌株水平看儿童特应性皮炎患者的皮肤微生物多样性
发布时间:2017-12-01 15:24   点击率:
导读
针对儿童特应性皮炎(AD,pediatric atopic dermatitis)的研究已经颇多,大多只到种水平,而菌株水平下存在异质性的菌株和单核苷酸突变SNVs等,可能行使不同的生物学功能。本文通过宏基因组测序,研究了18位AD儿童患者皮肤表面菌株水平上的金黄色酿脓葡萄球菌和表皮葡萄球菌,作为一项扎实的基础研究为解析AD表面微生物的组成提供了基础。


文献ID
标题:Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis strain diversity underlying pediatric atopic dermatitis
译名:儿童特应性皮炎皮肤表面金黄色酿脓葡萄球菌和表皮葡萄球菌的多样性
期刊:Science Translational Medicine  
年份:2017      IF=16.796
通讯作者:Julia A. Segre和Heidi H. Kong
单位:美国国立卫生研究院人类基因组研究所


材料与方法
组别
对照组:7位健康儿童;
实验组:11位AD患者,分为3个时期(开始期、爆发期、治愈后),7个位点(手掌的前部、胳膊肘、腹股沟、腘横纹、前额、枕骨部、耳后折痕)。

测序策略及平台
宏基因组测序,Illumina Hiseq平台,PE125


研究成果
1. 肠道菌群的改变伴随儿童特应性皮炎的发生
根据儿童特应性皮炎的疾病评价体系(SCORAD),对11名患病儿童不同时期进行评价。爆发期,患病儿童7个取样部位的微生物多样性Shannon指数均低于对照组、开始期、爆发期。

由于胳膊肘和腘横纹两个取样点微生物多样性比较相似,分析比较开始期、爆发期、治愈后3个时期的胳膊肘和腘横纹两点,爆发期的Shannon指数低于其他两个时期,但疾病严重程度高于其他两个时期,爆发期的微生物多样性与疾病严重程度表现出显著的负相关关系;并分析比较对照组、开始期、爆发期、治愈后胳膊肘和腘横纹两个位点中优势的微生物组成,爆发时期的葡萄球菌Staphylococcus显著高于其他时期,与儿童特应性皮炎最相关,见图1。


图1. 特应性皮炎发生过程肠道菌群的转变

2. 特应性皮炎的发生与不同葡萄球菌的关联
分析葡萄球菌不同的株系,只有金黄色酿脓葡萄球菌S. aureus在爆发期显著高于对照组和另外2个时期;表皮葡萄球菌S. epidermidis在爆发期也高于其他时期,但不存在统计学的显著性。

进一步分析爆发期11个病人、不同位点、金黄色酿脓葡萄球菌和表皮葡萄球菌,疾病情况越严重,金黄色酿脓葡萄球菌含量越高,而表皮葡萄球菌则降低。


图2. 葡萄球菌各菌株与特应性皮炎的发生

3. 金黄色酿脓葡萄球菌不同株系的基因
金黄色酿脓葡萄球菌存在不同的单核苷酸变异SNVs,大多为单一SNVs突变,将宏基因组测序得到的数据对比到数据库,发现61种具有代表性的金黄色酿脓葡萄球菌基因组序列。同时,患者也存在不同变异类型的金黄色酿脓葡萄球菌,揭示针对不同症状采用区别治疗。金黄色酿脓葡萄球菌编码2500个基因,大约85%(2128个基因)存在每个株系中,剩余300个左右在不同株系中特异性表达。


图3. 金黄色酿脓葡萄球菌株系的变异及基因

4. 儿童患者表面异质性表皮葡萄球菌
为了揭示儿童皮肤表面葡萄球菌的菌株结构,将宏基因组测序得到的数据比对到数据库,得到了61个表皮葡萄球菌基因组。相对于金黄色酿脓葡萄球菌,表皮葡萄球菌存在更高的微生物多样性。通过热图分析所有人群中不同株型表皮葡萄球菌的含量,发现表皮葡萄球菌A29、A30菌株在患病程度较轻的儿童皮肤表面较高,A20在健康人皮肤表面较高。


图4. 表皮葡萄球菌菌株多样性及热图


研究结论
1、儿童特应性皮炎患者皮肤表面的致病菌--金黄色酿脓葡萄球菌含量显著升高,并与疾病程度呈正相关,而在严重程度较轻的患儿的皮肤上为表皮葡萄球菌。

2、严重程度患者皮肤表面金黄色葡萄球菌菌株存在异质性,表现出特异的单核苷酸突变等,揭示针对不同症状应该区别治疗。

亮点
从菌株水平研究儿童特应性皮炎患者的皮肤表面微生物,并分析出多种的金黄色酿脓葡萄球菌和表皮葡萄球菌。研究了金黄色酿脓葡萄球菌和表皮葡萄球菌不同菌株的遗传信息,如SNV等。