噬菌體療法聯(lián)合抗生素使用不影響葡萄球菌感染患者的腸道菌群

瀏覽次數(shù)：1481　發(fā)布日期：2021-11-17　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

文章標(biāo)題：Assessment of the microbiome during bacteriophage therapy in combination with systemic antibiotics to treat a case of staphylococcal device infection
發(fā)表期刊：Microbiome
發(fā)表時(shí)間：2021年4月
影響因子：11.607

研究背景

對(duì)抗生素耐藥性增強(qiáng)的感染性細(xì)菌疾病是一個(gè)嚴(yán)重的全球健康問題。金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是一種常見的皮膚和前鼻孔共生菌，可引起一系列嚴(yán)重的人類疾病，從輕微的皮膚感染到危及生命的心內(nèi)膜炎和敗血癥。金黃色葡萄球菌快速適應(yīng)選擇性壓力(如抗生素)的能力因植入醫(yī)療器械上生物膜的形成而加劇^[2]。

隨著抗菌素耐藥性(antimicrobial resistance，AMR)發(fā)病率的增加和正在研發(fā)的新抗生素的減少，越來越需要考慮非抗生素替代品來治療嚴(yán)重的細(xì)菌感染^[3]，其中一種替代方法是使用細(xì)菌-噬菌體療法(Bacteriophage therapy，BT)^[4,5]。噬菌體療法是治療嚴(yán)重細(xì)菌感染患者的一種抗微生物療法，然而臨床使用噬菌體治療對(duì)宿主微生物群的影響尚不清楚。

本研究課題組采用在2014年曾報(bào)道過的一例65歲男性因非缺血性心肌病植入左心室輔助裝置(LVAD)的病例。之后，該男性在2015年盡管多次手術(shù)清創(chuàng)和延長靜脈(IV)抗生素療程，他還是出現(xiàn)了持續(xù)的金黃色葡萄球菌LVAD感染，并伴有胸骨骨髓炎和復(fù)發(fā)性菌血癥。感染持續(xù)存在，導(dǎo)致無法進(jìn)行心臟移植手術(shù)，因此患者接受了BT治療，對(duì)2018年4月啟動(dòng)的抗生素作為輔助治療[6]。

三種抗葡萄球菌噬菌體(AB-SA01；NCT03395769；Armata Pharmaceuticals)的藥物劑量為3×109菌斑形成單位，患者每12小時(shí)靜脈給藥，持續(xù)28天�；颊咄瑫r(shí)靜脈注射頭孢唑林2g/8h，口服米諾環(huán)素100mg，每日2次^[6]。值得注意的是，該患者在開始BT前已靜脈注射頭孢唑林2.5個(gè)月；此外他在過去大約2.5年內(nèi)長期靜脈注射多種IV抗生素�；颊咴诮邮蹷T結(jié)合抗生素28天后，胸骨傷口細(xì)菌培養(yǎng)轉(zhuǎn)陰，且患者在BT治療結(jié)束一周內(nèi)成功地進(jìn)行了心臟移植手術(shù)^[6]。

研究結(jié)果

本研究采用的組學(xué)研究技術(shù)路線如下：
1.Amplicon 16S rRNA基因測序+Shotgun宏基因組測序+代謝組學(xué)

在整個(gè)BT治療期間，患者親自收集糞便、皮膚、唾液樣本用于上述組學(xué)檢測；腸道糞便、唾液和皮膚(鼻腔、腋窩和前額)的樣本中，除糞便標(biāo)本每日1次外，其他樣本每12h采集一次。第一組患者標(biāo)本在開始BT后24小時(shí)內(nèi)采集，并延長至噬菌體治療后7天(即心臟移植手術(shù)前一天)。

2.噬菌體QPCR檢測
在給藥前和給藥后15、30和60分鐘收集每周血清樣本，對(duì)噬菌體進(jìn)行定性PCR�；颊哐逯惺删wDNA濃度的終點(diǎn)PCR顯示，三種AB-SA01噬菌體在整個(gè)治療過程中都存在；每個(gè)噬菌體在第29天預(yù)劑量收集時(shí)濃度達(dá)到峰值：J-Sa36為71.2ng/PCR反應(yīng)，Sa83為166 ng/PCR反應(yīng)，Sa87為10.8ng/PCR反應(yīng)。

如圖1A所示，根據(jù)各分組樣本微生物聚集現(xiàn)象能夠比較清晰判斷出病人不同類型來源樣本的微生態(tài)不一樣；如圖1B所示，鼻腔和糞便樣本Shannon指數(shù)沒有顯著差異，腸道和唾液微生物組 Shannon指數(shù)評(píng)分的變異水平較低，表明BT治療對(duì)腸道和口腔的間接損害最��；如圖1C所示，除了該患者樣本外，本研究為了確定患者微生物群中生物失調(diào)的嚴(yán)重程度，納入了健康的American Gut Project(AGP)和intensive care unit(ICU)微生物樣品進(jìn)行分析，主要納入樣本有3部分：(I)來自AGP的沒有最近使用抗生素的健康參與者，(II)在過去一周內(nèi)接觸過抗生素的AGP參與者，以及(III)重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)參與者，可以發(fā)現(xiàn)噬菌體患者樣本與ICU和AGP的微生物組不同，與ICU組微生物譜的距離更近。

圖1. 患者不同部位的微生物譜、Shannon指數(shù)，及與AGP、ICU人群比較分析

如圖2A所示，對(duì)患者微生物組和代謝組的縱向分析，使用與基線(治療前)的成對(duì)距離計(jì)算和混合效應(yīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)腋窩皮膚(Skin)樣本隨時(shí)間的顯著變化，其余樣本類型隨著時(shí)間的推移相對(duì)不變；此外如圖3所示，log（葡萄球菌(Staphylococcus)/ 高度增殖的皮膚共生棒狀桿菌(Corynebacterium)）的對(duì)數(shù)比隨著感染時(shí)間不斷變化(P< 0.001)，并在噬菌體治療階段顯著降低(P< 0.001)，代謝物隨著時(shí)間和噬菌體治療也出現(xiàn)了顯著性變化(P=0.03)。如圖2B所示，從糞便(n=25)，代表性皮膚(n=4)和唾液(n=1)樣品的患者宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)中檢測到的基因，預(yù)測發(fā)現(xiàn)存在對(duì)以下幾類抗生素具有抗藥性的基因：氨基糖苷類，氯霉素，超廣譜β-內(nèi)酰胺，林可酰胺，甲氧芐啶，大環(huán)內(nèi)酯，磷霉素和萬古霉素(vanG)。值得注意的是，患者糞便樣品中存在編碼對(duì)四環(huán)素(例如米諾環(huán)素)抗性的tet基因。

圖3. 患者治療過程中的腋下皮膚菌群和代謝比率變化

結(jié)論

總之，本研究表明在單例金黃色葡萄球菌感染患者中，在合并全身抗生素治療和噬菌體治療4周期間，微生物群基本沒有變化。代謝組分析表明，對(duì)宿主(皮膚)微生物組有潛在的間接級(jí)聯(lián)生態(tài)影響。在從唾液、糞便和皮膚中提取的宏基因組樣本中，沒有檢測到用于治療患者的三種噬菌體的基因組，但在患者血清中檢測到噬菌體。該項(xiàng)研究結(jié)果支持使用噬菌體作為一種保留微生物的方法來治療細(xì)菌感染。

參考文獻(xiàn)：
【1】Mu A, McDonald D, Jarmusch AK, et al. Assessment of the microbiome during bacteriophage therapy in combination with systemic antibiotics to treat a case of staphylococcal device infection. Microbiome. 2021 Apr 14;9(1):92. doi: 10.1186/s40168-021-01026-9.
【2】Giulieri SG, Holmes NE, Stinear TP, Howden BP. Use of bacterial whole- genome sequencing to understand and improve the management of invasive Staphylococcus aureus infections. Expert Rev Anti Infect Ther. 2016; 14(11):1023–36. https://doi.org/10.1080/14787210.2016.1233815.
【3】World Health Organization. Antimicrobial Resistance: Global Report on Surveillance 2014. http://www.who.int/drugresistance/documents/surveilla ncereport/en/ Accessed on 22 July 2019.
【4】Schooley RT, Biswas B, Gill JJ, et al. Development and use of personalized bacteriophage-based therapeutic cocktails to treat a patient with a disseminated resistant Acinetobacter baumannii infection. Antimicrob. Agents Chemother. 2017;61(10):e00954–17. https://doi.org/10.1128/AAC. 00954-1.
【5】Aslam S, Lampley E, Wooten D, et al. Lessons learned from the first 10 consecutive cases of intravenous bacteriophage therapy to treat multidrug- resistant bacterial infections at a single center in the United States. Open Forum Infect Dis. 2020;7(9):ofaa389. https://doi.org/10.1093/ofid/ofaa389.
【6】Aslam S, Pretorius V, Lehman SM, Morales S, Schooley RT. Novel Bacteriophage therapy for treatment of left ventricular assist device infection. J Heart Lung Transplant. 2019;38(4):475–6. https://doi.org/10.1016/ j.healun.2019.01.001.

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