Раскрытие потенциала РНК-секвенирования для выявления структуры микробиома и его взаимодействия с клетками хозяина: вульварная экосистема

Введение: Для одновременного описания экспрессии генов хозяина и состава микробиома в одном образце традиционно используют параллельные экспериментальные и вычислительные подходы: РНК-секвенирование и либо секвенирование гена 16S рРНК, либо метагеномику. Среда вульвы представляет собой перспективную область исследований благодаря своей роли в здоровье и болезни. Располагаясь на границе между влагалищем и промежностью, микробиом вульвы имеет промежуточный профиль с вкладом обеих экосистем.

Результаты: После подтверждения надежности РНК-секвенирования с обогащением по поли(A) для реконструкции состава микробиоты с использованием количественного микробного стандарта и метагеномного анализа мы проанализировали полную когорту из 30 здоровых образцов вульвы. Принципиально важно, что анализ всей когорты опирался только на РНК-секвенирование без параллельной ДНК-метагеномики. Такой единый подход позволил анализировать не только транскриптом клеток вульвы, но и состав и динамику микробных сообществ, включая сигнатуры экспрессии микробных генов. Этот трехуровневый анализ — мРНК хозяина, отдельные бактериальные виды, бактериальные метаболические пути — на одних и тех же образцах также позволяет на уровне генов исследовать молекулярные взаимодействия хозяина и микробов. С помощью этой единой схемы мы выявили выраженную гетерогенность и высокую межиндивидуальную вариабельность микробиоты вульвы, а также определили типы состояния сообщества, сходные с описанными во влагалище. Важно, что различные микробные конфигурации ассоциировались с определенными транскрипционными программами хозяина: Lactobacillus crispatus коррелировал с дифференцировкой эпителия и целостностью барьерной функции, тогда как сообщества, обогащенные Gardnerella vaginalis или другими таксонами, связанными с дисбиозом, демонстрировали транскрипционные сигнатуры, связанные с воспалением. Интересно, что Lactobacillus gasseri, ассоциируемый с меньшей защитой, оказывал промежуточное влияние на клетки вульвы.

Выводы: Помимо новых биологических данных о недостаточно изученной анатомической нише, наше исследование предлагает широко применимую стратегию, имеющую существенное значение для этой области. Поскольку в общедоступных хранилищах уже доступны десятки тысяч наборов данных РНК-секвенирования человека, наш подход позволяет ретроспективно извлекать информацию о микробиоме и сигналы взаимодействия хозяина и микробов из существующих транскриптомных данных без дополнительного секвенирования или специализированных протоколов для микробиома. Это открывает мощную и экономически эффективную возможность повторно анализировать архивные исследования РНК-секвенирования в разных тканях, при различных заболеваниях и в средах с низкой микробной биомассой, выявляя ранее недоступные уровни взаимодействия хозяина и микробиома и максимально увеличивая научную ценность опубликованных данных. Видеoаннотация.