住院新生儿鼻腔微生物组低多样性与金黄色葡萄球菌定植和血流感染相关

Low Diversity in Nasal Microbiome Associated With Staphylococcus aureus Colonization and Bloodstream Infections in Hospitalized Neonates

作者信息Ni Zhao, Dina F Khamash, Hyunwook Koh, Annie Voskertchian, Emily Egbert, Emmanuel F Mongodin, James R White, Lauren Hittle, Elizabeth Colantuoni, Aaron M Milstone
PMID34651052
发布时间2021-09-18
DOI10.1093/ofid/ofab475

实验完整度

中

包含两个匹配的病例对照队列(定植队列和菌血症队列),使用培养和16S rRNA测序,具备明确的方法和统计分析,但缺乏功能验证或机制验证,且各组样本量有限。

主要模型

新生儿(住院于JHH或JHBMC的NICU) 鼻拭子样本(用于16S rRNA基因测序) 金黄色葡萄球菌定植新生儿(定植队列) 金黄色葡萄球菌菌血症新生儿(菌血症队列)

重点核对

队列匹配条件:基于获得定植或发生菌血症时的生命周龄(WOL)进行匹配 样本采集:每周使用植绒拭子采集鼻拭子样本直至出院 16S rRNA基因测序:扩增V3V4区域,引物319F和806R,在Illumina HiSeq 2500上进行测序,平均测序深度约50,000 reads/样本 微生物组分析:样本过滤(<1040 reads去除),稀疏化至均匀深度,计算α多样性(观察物种数、Chao1、Shannon指数、逆Simpson指数)和β多样性(Bray-Curtis、加权和未加权UniFrac距离) 统计分析:使用Wilcoxon秩和检验、线性回归(调整出生体重和抗生素使用)、MiRKAT评估β多样性关联

摘要

背景:金黄色葡萄球菌是导致新生儿感染性疾病发病和死亡的主要原因之一。关于鼻腔微生物组与新生儿金黄色葡萄球菌定植和感染易感性之间关联的数据很少。方法:我们进行了2项匹配的病例对照研究(定植队列——获得和未获得金黄色葡萄球菌定植的新生儿;菌血症队列——获得金黄色葡萄球菌定植的新生儿(定植新生儿)和未获得金黄色葡萄球菌定植的新生儿(对照组),以及患有金黄色葡萄球菌菌血症的新生儿(菌血症新生儿))。纳入2个重症监护病房的新生儿,并在定植或感染时按生命周龄进行匹配。每周采集鼻部样本直至出院,并进行金黄色葡萄球菌培养,使用16S rRNA基因测序表征鼻腔微生物组。结果:在定植队列中,43名金黄色葡萄球菌定植新生儿与82名对照匹配。在生命第1周,获得金黄色葡萄球菌定植的新生儿具有较低的α多样性(Wilcoxon秩和检验P < .05),并且β多样性存在差异(omnibus MiRKAT P = .002),即使在调整出生体重后也是如此(P = .01)。菌血症队列包括10名新生儿,其中80%在出生后4周内发生菌血症,70%在菌血症发生前后几天内金黄色葡萄球菌培养阳性。与定植新生儿和对照组相比,菌血症新生儿的金黄色葡萄球菌序列相对丰度增加,α多样性指标降低。结论:金黄色葡萄球菌丰度增加与微生物组多样性降低之间的关联表明,需要针对鼻腔微生物组进行干预,以预防易感新生儿发生金黄色葡萄球菌疾病。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
新生儿鼻腔微生物组的组成和多样性是否与金黄色葡萄球菌定植及血流感染的易感性相关?
核心机制
较低的鼻腔微生物组多样性和细菌群落结构的差异,以及金黄色葡萄球菌相对丰度的增加,与定植和菌血症相关;这种生态失调可能削弱定植抵抗,促进病原菌主导,从而增加感染风险。
主要证据
基于2项匹配病例对照研究,对住院新生儿每周鼻拭子样本进行培养和16S rRNA测序,发现定植新生儿在生命第1周α多样性较低,β多样性存在差异(MiRKAT P=0.002),且菌血症新生儿金黄色葡萄球菌相对丰度更高,α多样性更低。
研究意义
研究表明增加鼻腔微生物组多样性可能有助于预防新生儿金黄色葡萄球菌定植和侵袭性感染,为未来干预策略提供了潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

队列建立与匹配

建立匹配的病例对照队列,以比较不同金黄色葡萄球菌状态的新生儿鼻腔微生物组

纳入JHH和JHBMC NICU的新生儿,根据是否获得定植或发生菌血症,以及生命周龄进行匹配,形成定植队列(1:2)和菌血症队列(1:1:1)。

2

样本采集与金黄色葡萄球菌培养

检测新生儿鼻腔金黄色葡萄球菌定植状态

每周使用植绒拭子采集鼻拭子样本,进行肉汤增菌培养,然后接种于绵羊血琼脂和选择性琼脂平板,通过凝固酶试验和BD Phoenix系统确认。

3

16S rRNA基因测序与微生物组分析

表征鼻腔微生物组的组成和多样性

对残留样本进行DNA提取,PCR扩增16S rRNA基因V3V4区域,使用Illumina HiSeq 2500测序,通过Resphera Insight进行物种水平分类分配,并计算多样性和相对丰度。

4

统计分析

评估鼻腔微生物组多样性与金黄色葡萄球菌定植和菌血症的关联

比较不同组间的α多样性(Wilcoxon秩和检验、线性回归)和β多样性(MiRKAT),调整出生体重和抗生素使用,进行敏感性分析(仅纳入父母未去定植的新生儿)。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
植绒拭子----
绵羊血琼脂----
选择性琼脂平板----
BD Phoenix微生物鉴定系统BD--
Illumina HiSeq 2500Illumina--
通用引物319F和806R----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
研究设计与匹配
队列匹配标准(生命周龄)和队列纳入标准(TREAT PARENTS试验或控制计划)
阅读提示:Methods中的'Study Design, Setting, and Population'部分
样本采集与培养
采样频率、采样工具(植绒拭子)、培养条件(肉汤增菌、血琼脂)
阅读提示:Methods中的'Sample Collection and 16S rRNA Gene Sequencing'部分
16S rRNA基因测序
测序平台、引物序列、测序深度、生物信息学分析流程(Resphera Insight)
阅读提示:Methods中的'Sample Collection and 16S rRNA Gene Sequencing'和'16S rRNA Gene Amplicon Sequence Analysis'部分
数据分析
样本过滤阈值(<1040 reads)、稀疏化深度、α多样性指标(观察物种数、Chao1、Shannon、逆Simpson)和β多样性距离(Bray-Curtis、UniFrac)
阅读提示:Methods中的'16S rRNA Gene Amplicon Sequence Analysis'和'Statistical Analysis'部分
统计分析
统计检验方法(Wilcoxon、Kruskal-Wallis、线性回归、MiRKAT)、调整变量(出生体重、抗生素使用)、显著性阈值(FDR < .05)
阅读提示:Methods中的'Statistical Analysis'部分