В недавней статье в Журнале клинической микробиологии ведущий автор Джошуа Стокелл, доктор биологических наук, и команда из Университета Северной Каролины в Шарлотте описывают необычное исследование с участием одного пациента и важный вывод, который может указывать на непосредственная причина обострений CF. Исследование показало, что внезапный рост конкретной бактерии Burkholderia multivorans предшествовал периоду острого заболевания. Хотя Burkholderia была известна как распространенный патоген в легких пациентов с МВ, она гораздо менее распространена, чем другой патоген, Pseudomonas aeruginosa, популяции которого не демонстрировали значительных изменений до опасных для жизни эпизодов.
Соавторами статьи являются биолог UNC Charlotte Тодд Стек и биоинформатики UNC Charlotte Энтони Фодор, Малкольм Сапата, Раад Гараибех и Тимоти Хэмп.
Стокелл и его коллеги смогли установить причастность Burkholderia благодаря подробному геномному и метагеномному анализу уникальной обширной коллекции образцов легочной мокроты, взятых дважды в неделю в течение трехлетнего периода.
«Это исследование представляет собой наиболее интенсивную выборку одного пациента с МВ на сегодняшний день», — отмечается в статье. «Наше исследование было основано на предположении, что обнаруживаемый сдвиг в бактериальном сообществе предшествует легочному обострению.
Для проверки нашего предположения потребовалось продольное исследование, чтобы выявить взаимосвязь между прогрессированием заболевания, возникновением обострения легких и различными компонентами бактериального сообщества, такими как изменение разнообразия, богатства или численности конкретных членов микробиоты."
«Большинство исследований, которые вы просматриваете, собирают один образец до обострения, один во время обострения и один в периоды стабильности», — отметил Стокелл. "С помощью такого рода исследований трудно понять, как происходят изменения, потому что они больше похожи на перекрестный анализ. Мы сосредоточились на том, чтобы посмотреть, как эти изменения происходят в целом, и чтобы получить некоторую базовую информацию, мы должны часто проверять изменения с течением времени."
Обсуждая работу, Стокелл несколько стесняется упоминания о том, что необычайно обширная выборка и анализ были возможны только благодаря добровольному вкладу необычайно сговорчивого пациента: самого себя.
Поскольку Стокелл был и исследователем, и объектом исследования, команда имела беспрецедентный доступ к истории жизни и медицинским картам субъекта, обеспечивая критический контекст. «У нас есть всевозможная справочная информация о пациентах, — отмечает Стокелл, — поэтому мы можем связать изменения в составе бактерий с возникновением обострения, а также с назначением антибиотиков."
Хронические заболевания, такие как CF, часто представляют собой сложную головоломку, для понимания которой требуется невероятное количество исследовательских усилий — долгосрочное взаимодействие между динамическими системами человеческого тела и болезнью может быть чрезвычайно сложным, даже если есть относительно простая первопричина, такая как генетический дефект. Следовательно, исследователи, изучающие такие заболевания, нуждаются в дополнительной приверженности и энтузиазме, чтобы бороться со сложными сложностями.
В случае Стокелла приверженность и страсть пришли естественным образом, потому что болезнь носит личный характер. Биолог Шарлотты Тодд Стек, лаборатория которого сейчас работает, был наставником Стокелла как в колледже, так и в аспирантуре.
Стек заметил, что опыт муковисцидоза сыграл важную роль как в развитии первоначального общего интереса Стокелла к биологии, так и в том, что он привел его к направлению исследований, которые он сейчас проводит.
Будучи студентом магистратуры UNC Charlotte, Стокелл посещал курс биоинформатики у Энтони Фодора (также автора данной статьи), где студенты должны были выступать с проектами, включающими метагеномный анализ бактериальных популяций. Стокелл признал, что это может быть важная область исследований, имеющая отношение к его собственному заболеванию, поэтому он выбрал легочные бактерии при муковисцидозе, а сам стал объектом исследования. После этого он обнаружил, что взаимодействие между CF и микробиомом человека трудно распутать, но его личная связь с болезнью поддерживала его мотивацию.
Настоящее исследование по-прежнему не отвечает на все вопросы, поставленные классным проектом Стокелла, хотя он уже выполнил как метагеномный анализ (который позволяет каталогизировать полный спектр бактериальных популяций путем поиска вариантов гена 16S рРНК), так и полногеномное секвенирование (на небольшая группа бактериальных разновидностей) при непрерывном отборе проб в течение трех лет. Помимо определения Burkholderia как ключевого патогена, команда обнаружила, что богатство и разнообразие бактериальных сообществ со временем уменьшалось, в то время как общее количество бактерий увеличивалось, возможно, из-за продолжающегося лечения антибиотиками и неуклонного развития болезни. Однако эти изменения не связаны с разрушительными вспышками болезни.
«Не было изменений в метагеномном секвенировании и относительной численности бактериальных сообществ, которые были конкретно связаны с возникновением обострения», — сказал Стокелл. "Ничто из того, что произошло в течение двух недель до обострения, не указывало на то, что именно это стало причиной того, что человек заболел.
«Мы действительно наблюдали эффект от лечения, увеличивающий богатство и разнообразие — мы видели это снижение во время лечения антибиотиками. И в течение трех лет численность бактерий продолжала расти. Но когда мы смотрели на конкретные патогены, именно Burkholderia показала увеличение численности до обострения. Таким образом, мы можем предположить, что это был инициатор обострения », — сказал он.
Следующим шагом, по словам исследователей, является дальнейшее изучение большей группы пациентов. Стокелл и Стек получили гранты от NIH и Фонда кистозного фиброза, которые позволят им это сделать. Если результаты более крупной выборки подтверждают паттерн, который Стокелл обнаружил у себя самого, лечение Burkholderia, в частности, может быть важной целью в борьбе с повреждающими эффектами болезни.
Хотя впереди, несомненно, предстоят серьезные исследовательские проблемы, но, возможно, настоящая проблема для Стокелла — это личная проблема, с которой он сталкивается в процессе своего собственного заболевания.
Хотя он всю жизнь изо всех сил пытался сохранить свое здоровье, в возрасте 35 лет Стокелл сейчас находится на поздней стадии заболевания легких, и в ближайшем будущем ему потребуется пересадка легких.
«Меня рассматривают для трансплантации двойного легкого в Медицинском центре Университета Дьюка», — сказал Стокелл, пояснив, что это влечет за собой не только сложную операцию, но и трехмесячную предоперационную подготовку и шесть месяцев восстановления на месте. не говоря уже о дорогих лекарствах, которые ему придется принимать всю оставшуюся жизнь.
И, к сожалению, сложность его положения не ограничивается дожитием до трансплантации и выживанием в медицинских реалиях.
«Перенести трансплантат сложно не только из-за операции, но и связанные с этим денежные затраты довольно высоки», — пояснил он. "Обычно люди в моей ситуации должны собирать деньги до операции."
Чтобы собрать средства на расходы, связанные с трансплантацией, Stokell будет сотрудничать с Детской ассоциацией трансплантологии органов (COTA), некоммерческой организацией 501 (c) 3, которая получает пожертвования на покрытие расходов, связанных с трансплантацией.
Цель кампании COTA в честь Джоша — 75000 долларов.
Поскольку стоимость трансплантации часто превышает 500000 долларов, многие семьи, занимающиеся трансплантацией, не могут взять на себя финансовое бремя такой процедуры. Приоритет организации — убедиться, что трансплантат не разрушит семью финансово.
Сто процентов всех собранных средств идет на покрытие расходов пациентов, связанных с трансплантацией.
«Я надеюсь, что смогу рассказать о своей потребности в трансплантации и финансовых потребностях, которые я с ней связал», — пояснил Стокелл. "Мой пульмонолог-трансплантолог предполагает, что мне не понадобится трансплантат в течение шести месяцев. Однако из-за непредсказуемости этого заболевания на столь поздней стадии это время можно быстро сократить или, надеюсь, продлить."