Опыт использования современных геномных технологий для изучения микроорганизмов и их сообществ

Abstract

Цель исследования. Целью данной работы явился обзор основных результатов геномных исследований микроорганизмов и их сообществ, выполненных на базе научно-исследовательской лаборатории Гомельского государственного медицинского университета. Материалы и методы. Геномный, транскриптомный и метагеномный анализ микроорганизмов желудка и респираторного тракта. Результаты. Проведен анализ возможностей современных платформ высокопроизводительного секвенирования ДНК, описаны собственные результаты использования геномного, транскриптомного и метагеномного анализа для изучения микробиоты у пациентов с различной патологией желудка и респираторного тракта. Заключение. В ходе анализа полученных данных выявлены особенности структуры микробных сообществ желудка пациентов, инфицированных Н. pylori с различной патологией желудка: долевое участие Н. pylori в составе метагенома образцов, с различным формами рака желудка не превысило 25 %, гастрита — 6 %, язвы желудка — 1 %. При этом, минимальное количество Н. pylori во всех случаях могло достигать 0,1 %. Выявлена значительная степень вариабельности CagA и CagY локусов Н. pylori. В бактериальном микробиоме пациента с диагнозом «коронавирусная инфекция» установлено доминирование бактерий рода Streptoccocus (36 %), в вирусном — SARS-CoV-2 составляет 59 % от общего количества вирусов в данном материале. При анализе 13 штаммов Klebsiella pneumoniae с множественной и экстремальной устойчивостью к антибиотикам установлена принадлежность изученных штаммов к пяти MLST-типам, три из которых относятся к группам высокого эпидемического риска.

Objective. The aim of this work was to review the main results of genomic studies of microorganisms and their communities performed on the base of the Research Laboratory of Gomel State Medical University. Materials and methods. Genomic, transcriptomic and metagenomic analysis of the microorganisms of the stomach and respiratory tract. Results. The capabilities of modern next-generation sequencing platforms have been analyzed, and the authors` own results of the use of genomic, transcriptomic and metagenomic analysis of the microbiota in patients with various gastric and respiratory pathologies have been described. Conclusion. The analysis of the obtained data has revealed peculiarities of the structure of the microbial communities of the stomach of the patients infected with H. pylori with different gastric pathology: the proportion participation of H. pylori in the metagenome of the samples with different forms of gastric cancer did not exceed 25 %, of gastritis — 6 %, of peptic ulcer — 1 %. At the same time, the minimal amount of H. pylori in all the cases could reach 0.1 %. A significant degree of CagA and CagY loci variability of H. pylori was detected. Streptoccocus genus bacteria dominated (36 %) in the bacterial microbiome of a patient diagnosed with the coronavirus disease, and in the viral microbiome, SARS-CoV-2 constituted 59 % of the total number of viruses in the material. The analysis of 13 strains of Klebsiella pneumoniae with multiple and extreme resistance to antibiotics has found that the studied strains belong to five MLST-types, three of which are classified as high epidemic risk groups.