2024年9月27日，生研院蔣超課題組聯(lián)合北京大學(xué)第三醫(yī)院冷玉鑫課題組和中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院羅紅課題組，在Nature Communications雜志在線發(fā)表題為Deep longitudinal lower respiratory tract microbiome profiling reveals genome-resolved functional and evolutionary dynamics in critical illness 的研究論文。該研究利用新型開發(fā)的低生物量微生物富集方法（Chelex100-based low-biomass microbial-enrichment method，CMEM），在基因組水平首次系統(tǒng)揭示了重癥監(jiān)護病房（ICU）患者下呼吸道微生物組的功能和進化動態(tài)，為重癥感染的精準診斷和個性化治療提供了新思路。
下呼吸道感染是全球主要健康問題之一，每年導(dǎo)致至少300萬人死亡。ICU患者罹患醫(yī)院獲得性下呼吸道感染的風(fēng)險平均增加3-10倍，顯著增加了病死率。ICU患者下呼吸道微生物組具有重要作用，有望成為新的治療切入點，但目前對其認識十分有限。在進行相關(guān)研究時，實驗過程中面臨諸多的挑戰(zhàn)，例如高豐度的宿主DNA污染問題、微生物生物量相對較低的情況，以及連續(xù)收集下呼吸道樣本所面臨的困難。同時，目前在ICU患者群體中，關(guān)于下呼吸道微生物組的動態(tài)演變、與宿主的相互作用，以及病原菌在臨床環(huán)境中的進化適應(yīng)性等方面的研究仍十分匱乏。
針對實驗方面的難題，該研究開發(fā)了一種新型的微生物富集方法(CMEM)，可對宿主DNA含量極高的低微生物生物量臨床下呼吸道樣本進行深度宏基因組微生物測序。研究人員利用CMEM方法，對157名氣管插管患者的453份縱向下呼吸道標本進行了深度測序，揭示了肺炎患者中顯著的醫(yī)院特異性微生物組特征，對于理解和預(yù)防醫(yī)院獲得性感染具有重要意義。研究還發(fā)現(xiàn)，是否確診肺炎、ICU住院時間與特定抗性基因豐度的增加相關(guān)。該研究重構(gòu)了120個高質(zhì)量的宏基因組裝基因組(MAG)，無需培養(yǎng)即可對主要機會致病菌的抗性和毒力基因進行菌株水平的表征。基于MAG的分析揭示了機會性病原菌株之間的菌株特異性耐藥基因組和毒力基因組。同時，MAG分析揭示了機會致病菌中區(qū)域性重組熱點作為基因變異的主要驅(qū)動力，相關(guān)基因參與重要代謝、應(yīng)激和存活通路，這些基因可能促進了耐藥基因在病原菌之間的水平轉(zhuǎn)移，增加了治療的復(fù)雜性。此外，綜合菌株基因組信息、流行病學(xué)數(shù)據(jù)和菌株培養(yǎng)基因組信息的分析表明，在ICU內(nèi)頻繁發(fā)生潛在的患者間菌株傳播事件，揭示ICU患者可能通過其他患者或環(huán)境微生物儲庫感染病原菌。
該研究通過開發(fā)新型的微生物富集方法和整合分析策略，在微生物基因組水平上首次全面刻畫了ICU患者下呼吸道微生物組的功能、進化和傳播動態(tài)圖譜。研究揭示了影響ICU患者預(yù)后的關(guān)鍵微生物因素，為重癥呼吸道感染的早期預(yù)警、精準診斷和個性化治療提供了新的思路，對指導(dǎo)ICU感染管理具有重要意義。
蔣超課題組博士生程明會、中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院羅紅課題組徐瑛婕、北京大學(xué)第三醫(yī)院冷玉鑫課題組崔瀟、蔣超課題組博士生魏昕和北京大學(xué)第三醫(yī)院冷玉鑫課題組常蕓迪為論文共同第一作者。浙大生研院研究員蔣超、北京大學(xué)第三醫(yī)院冷玉鑫副研究員和中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院羅紅教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)基金、首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項資金以及北京市臨床重點?？平ㄔO(shè)項目專項資金的資助。
