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分离粪便的有益微生物实现无粪便微生物移植治疗

作者:Grinspan

粪便微生物群移植(FMT)已成功应用于治疗人类复发性艰难梭菌感染,但缺乏一种精确的方法来测量哪些菌株稳定植入受体,并评估其与临床结果的相关性。

由西奈山伊坎医学院和Janssen研究与发展中心的研究人员组成的研究小组发现了粪便微生物群移植FMT中的一些重要细菌成分。希望这些细菌最终能成为治疗持续艰难梭菌感染的无粪便疗法的一部分。研究成果周一发表在《自然微生物学》上。

研究人员收集了从22个FMT供体和受体的粪便样。

论文的共同作者格林斯潘和他的同事对9名健康的FMT捐赠者和13名接受FMT治疗反复艰难梭菌感染的患者粪便样本中发现的1000多种不同菌株的细菌分离物进行了基因组测序

研究人员首先对从22个FMT供体或受体分离的2987种细菌的基因组进行测序,这些细菌跨越207个细菌物种和大约1008个菌株。通过将这些基因组与移植后长达五年的供体和受体的85个宏基因组序列放在一起,他们观察了FMT受体在治疗前和治疗后长达五年的肠道内的菌株动态。

利用收集的菌株与来自相同样本的宏基因组测序数据相结合,研究人员开发了一种统计方法,名为Strainer,用于从宏基因组测序数据中检测和跟踪细菌菌株。

他们用Strainer评估了13项FMT纵向临床干预的队列,并检测到71%的供者微生物群菌株在FMT后5年内的稳定植入。

他们发现,进行FMT之前的80%的受体肠道细菌菌株被FMT消除,进行FMT后存在的菌株与环境获得的菌株一起持续了5年。

受者中供者细菌株植入的量化可独立解释(精确率100%,召回率95%)初次和重复FMT后的临床结果(复发或成功)。

一组捐赠的微生物确实存在于FMT受者的肠道中,为不使用完整粪便移植的情况下可能具有治疗相关性的微生物提供了线索。

研究的一个重要结果是,在FMT后无症状的患者身上,鉴定出一种精选的活菌株混合物,这种混合物能稳定植入患者5年。

研究报告了一份细菌种类和菌株的概要,这些细菌随着时间的推移不断植入受体中,可用于定义的活生物治疗产品,作为FMT的替代品。分析框架和 Strainer 可用于通过量化受体中的菌株植入,系统地评估FMT或定义的活细菌治疗研究。

研究人员在一项真实的人体研究中确定了一组精选的细菌,它们可以作为合成活生物治疗产品的的理想起点,而不含‘粪便’成分,不含多药耐药微生物,可作为反复艰难梭菌感染的FMT替代品。


在随后对FMT受体和移植了特定细菌菌株集的小鼠模型进行验证实验的同时,研究小组转向Strainer工具,提出了一个称为“供体菌株比例植入”或PED的指标,在过去几年中,又有10名FMT接受者的结果与FMT结果一致。

植入率平均达到83%左右,然后略有下降:71%的FMT供体菌株似乎在没有艰难梭菌复发的受者中长期存在,FMT前受者中存在的菌株不到25%。作者指出,相比之下,两名FMT接受者的早期艰难梭菌复发的PEDS显著下降。

他们写道:“这些结果表明,FMT代表了宿主微生物组的半永久性改变——单次给药的一种非常持久的治疗方法,其稳定性类似于健康对照组。”他们指出,“PEDS是FMT成功和复发[艰难梭菌感染]复发的预测指标。”


尽管FMT已被证明能成功治疗艰难梭菌感染,特别是在同一个人身上反复出现的感染,但研究小组注意到,美国食品和药物管理局(FDA)已针对严重不良事件的FMT程序提出了建议。由于其中一些问题是在使用含有不确定微生物收集的全粪便样本时突然出现的,因此作者推断,其中一些挑战可以通过更全面地映射成功FMT中使用的供体样本中的有益缺陷来克服。了解哪些细菌菌株转移到受体肠道微生物群对于我们理解为什么一些患者对FMT有反应,而另一些患者则没有反应至关重要。

Strainer准确检测肠道菌群中的细菌菌株

图1   Strainer准确检测肠道菌群中的细菌菌株


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