დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ ნებისმიერი ეკოსისტემის სრულფასოვანი აღქმისთვის მასში არსებული ბიოლოგიური ერთეულების იდენტიფიცირება და რაოდენობრივი აღრიცხვა საკმარისი იყო. მედიცინაც ვაგინალურ მიკრობიომს სწორედ ამ პრინციპით უდგებოდა: მკვლევრები ბაქტერიებს დომინანტური სახეობების მიხედვით აჯგუფებდნენ და ჯანმრთელობის მდგომარეობას ხუთ ძირითად „საზოგადოების ტიპად“ (CST) ყოფდნენ. ეს იყო ეპოქა, როდესაც Lactobacillus-ის არსებობა “ჯანმრთელობის გარანტად” მიიჩნეოდა, ხოლო მისი დეფიციტი – პათოლოგიური პროცესების პროგნოზულ ინდიკატორად.
თუმცა, მოლეკულური გენეტიკის განვითარებამ ცხადყო, რომ არსებული კლასიფიკაცია რეალობის მხოლოდ ზედაპირულ სურათს ასახავდა. კლინიკურ პრაქტიკაში მეცნიერები ხშირად აწყდებოდნენ პარადოქსს, როდესაც პაციენტებს, რომელთა მიკრობიომი სახეობრივ დონეზე იდენტური იყო, სრულიად განსხვავებული იმუნური პასუხი და მკურნალობის შედეგი აღენიშნებოდათ. ამან წარმოშვა ცალსახა დასკვნა, რომ მთავარი გამოწვევა არა კონკრეტულ ბაქტრიებში, არამედ იმ ფარულ გენეტიკურ სხვაობებშია, რომლებიც ერთი და იმავე სახეობის შიგნით იმალება.
სწორედ ამ მეთოდოლოგიური ხარვეზის საპასუხოდ, მკვლევრებმა გენების გაფართოებული კატალოგი (VIRGO2) გამოიყენეს და ინოვაციური ალგორითმი, VISTA, შექმნეს. მოცემული სისტემა ბევრად უფრო ზუსტი და ინფორმაციულია, ვიდრე მიკრობთა სახეობების უბრალო რაოდენობრივი აღრიცხვა.
ტაქსონომიური ერთეულებიდან ფუნქციურ შტამებამდე
ვაგინალური ეკოსისტემის მდგრადობა მის გენეტიკურ შემადგენლობაზეა დამოკიდებული. ტრადიციულად, ჯანსაღ მიკრობიომში Lactobacillus crispatus ან მისი მონათესავე სახეობები დომინირებენ, რომლებიც დაბალი pH-ის შენარჩუნებით პათოგენების ზრდას თრგუნავენ. ამის საპირისპიროდ, დისბიოტიკური გარემო ისეთი ანაერობებითაა გადატვირთული, როგორიცაა Gardnerella და Prevotella.
კლასიფიკაციისთვის მედიცინა დიდი ხანია იყენებს 5 ძირითად მდგომარეობას (CSTs) დომინანტური სახეობების მიხედვით: I (L. crispatus), II (L. gasseri), III (L. iners), IV (მრავალფეროვანი ანაერობები) და V (L. jensenii).
თუმცა, თითოეული სახეობის შიგნით ასობით განსხვავებული შტამი არსებობს, რომელთა დაფიქსირებაც სტანდარტულ ტესტებს არ შეუძლიათ. სწორედ ამ ხარვეზის აღმოსაფხვრელად შეიქმნა VISTA – ალგორითმი, რომელიც „ვაგინალურ ორთოლოგიურ გენებს“ (VOGs), ანუ მსგავსი ფუნქციის მქონე გენთა კლასტერებს აანალიზებს. ეს მიდგომა საშუალებას გვაძლევს გამოვავლინოთ mgSs (მეტაგენომური ქვესახეობები) – კონკრეტული სახეობის უნიკალური გენეტიკური შემადგენლობა მოცემულ გარემოში. ამ მონაცემების სინთეზით კი 25 განსხვავებული mgCST მიიღება, რაც აღწერს არა მხოლოდ ბაქტერიას, არამედ მის ფუნქციურ როლს და გავლენას იმუნურ პასუხზე.
VISTA-ს მუშაობის საფუძველი VIRGO2-ის მასშტაბური მონაცემთა ბაზაა, რომელიც დღესდღეობით 280-ზე მეტი სახეობის 1.7 მილიონ გენს აერთიანებს. ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ ძირითადი ბაქტერიული სახეობები სინამდვილეში 2-დან 11 „მეტაგენომურ ქვესახეობად“ (mgSs) იყოფა. მაგალითად, Prevotella amnii 11 დამოუკიდებელ გენეტიკურ ვარიანტად დაიშალა, L. crispatus – 5-ად. პრაქტიკულად, ეს ნიშნავს, რომ ერთი და იმავე სახეობის სხვადასხვა ქვესახეობას შესაძლოა სრულიად განსხვავებული კლინიკური ეფექტი ჰქონდეს.
შტამების გლობალური დინამიკა
კვლევა, რომელიც ხუთ სხვადასხვა რეგიონს მოიცავდა, ადასტურებს, რომ მიკრობიომის ფუნქციური შემადგენლობა გეოგრაფიულ ლოკაციაზეა დამოკიდებული.
მაგალითად, L. crispatus mgCST 1 ფართოდ არის გავრცელებული აზიაში, ჩრდილოეთ ამერიკასა და აფრიკაში, თუმცა mgCST 6 სპეციფიკურად ბანგლადეშის რეგიონისთვისაა დამახასიათებელი. ანალოგიური სურათი იკვეთება ჩრდილოეთ ამერიკაშიც, სადაც დომინანტურ როლს Gardnerella swidsinskii (mgCST 21) იკავებს.
აღნიშნული მონაცემები ნათლად აჩვენებს, რომ ისეთი ლოკალური ფაქტორები, როგორიცაა მასპინძლის გენეტიკა, კვების რაციონი და გარემო პირობები, მიკრობიომის უნიკალურ გენეტიკურ პროფილს აყალიბებენ. ეს ფუნქციური მრავალფეროვნება კიდევ ერთხელ ადასტურებს ყოვლისმომცველი მონაცემთა ბაზების შექმნის აუცილებლობას, რომლებიც სხვადასხვა ეთნოსს, გეოგრაფიულ არეალსა და ასაკობრივ ჯგუფს გააერთიანებს.
ფუნქცია და აქტივობა: ვინ მართავს მიკრობულ პროცესებს?
მიკრობიომის ანალიზისას კრიტიკულად მნიშვნელოვანია იმის გაგება, რომ გარემოში არსებული ყველა ბაქტერია ერთნაირად აქტიური არ არის. მათი ფუნქციური პოტენციალი, რასაც მეცნიერები “გენეტიკურ სიმდიდრეს” უწოდებენ, სახეობებს შორის მკვეთრად განსხვავდება. მაგალითად, დამცავ ლაქტობაცილებს არსებობისთვის დაახლოებით 20,000-დან 28,000-მდე გენი ჰყოფნით, მაშინ როცა ზოგიერთი რთული ანაერობული ბაქტერიის გენეტიკური რეზერვუარი 70,000-ს აღწევს.
თუმცა, მხოლოდ გენების ფლობა არ ნიშნავს მათ მუდმივ გამოყენებას, რის გამოც მეცნიერები მეტატრანსკრიპტომიკას (მეთოდი, რომელიც მოცემულ მომენტში ფუნქციურად აქტიურ გენებს სწავლობს) მიმართავენ. სწორედ ამ დაკვირვებამ გამოავლინა, რომელი სახეობა არის მიკრობიომში ყველაზე “გავლენიანი”.
აღმოჩნდა, რომ ლაქტობაცილები, მიუხედავად მათი რაოდენობრივი სიმრავლისა, ხშირად დაბალი გენეტიკური აქტივობით გამოირჩევიან. მათგან განსხვავებით, პოლიმიკრობული Gardnerella-ს ტიპები მაქსიმალურ ენერგიას ხარჯავენ და საკუთარი საჭიროებებისამებრ გარემოს ყველაზე ინტენსიურად ცვლიან.
განსაკუთრებით შთამბეჭდავია იმ ბაქტერიების როლი, რომლებიც მიკრობიომში ძალიან მცირე რაოდენობით არიან წარმოდგენილი. მაგალითად, Finegoldia magna შეიძლება შეუმჩნეველიც კი დარჩეს, თუმცა მისი გენები იმდენად მაღალ აქტივობას ავლენენ, რომ მას მთლიანი სისტემის ფუნქციონირებაზე გავლენის მოხდენა შეუძლია.
იმუნური მინიშნებები
იმუნური მარკერების ანალიზმა გამოავლინა, რომ მასპინძლის ორგანიზმის რეაქციას განსაზღვრავს არა ბაქტერიის ზოგადი ტაქსონომიური კლასიფიკაცია (სახეობა), არამედ მისი სპეციფიკური ფუნქციური გენომი. აღმოჩნდა, რომ ტრადიციულად დამცავ მიკროფლორად მიჩნეული L. crispatus და Gardnerella vaginalis-ის ერთ-ერთი კონკრეტული ქვეტიპი (mgCST 18) მასპინძლის იმუნურ სისტემაზე თითქმის იდენტურ გავლენას ახდენენ.
ორივე შემთხვევაში პროანთებითი ციტოკინების დონე მინიმალურ ნიშნულზეა. ეს მიგნება ადასტურებს, რომ მიუხედავად Gardnerella-ს დომინირებისა, mgCST 18-ით წარმოდგენილი ეკოსისტემა ბიოლოგიურად სტაბილურია და თავისი ფუნქციური პარამეტრებით ოპტიმალურ, ფიზიოლოგიურ მდგომარეობას უახლოვდება.
ეს „მშვიდობიანი თანაარსებობა“ განპირობებულია mgCST 18-ის უნიკალური გენეტიკური რეზერვუარით, რაც მას პრინციპულად განასხვავებს სხვა, აგრესიული შტამებისგან. პირველ რიგში, აღნიშნული ქვეტიპი ხასიათდება მაღალი მეტაბოლური თავსებადობით, რაც ლაქტატის (რძემჟავას) ათვისების უნარში გამოიხატება; ნაცვლად იმისა, რომ ბაქტერიამ წინააღმდეგობა გაუწიოს ლაქტობაცილების მიერ შექმნილ მჟავე გარემოს, იგი ამ რესურსს საკუთარი გადარჩენისთვის იყენებს და ამგვარად ორ სახეობას შორის სტაბილურ სიმბიოზს ამყარებს.
ამასთანავე, mgCST 18-ის გენომურ სტაბილურობას CRISPR-Cas სისტემები განაპირობებს, ერთგვარი ბაქტერიული „იმუნიტეტი“, რომელიც შტამს გარე გენეტიკური ელემენტებისგან იცავს და ხელს უშლის ვირულენტობის ახალი, მავნე გენების შეძენას. ამ მახასიათებლებს ემატება ვირულენტობის ფაქტორების დეფიციტიც, რადგან, პათოგენური ქვეტიპებისგან განსხვავებით, mgCST 18 არ ახდენს იმ ტოქსინებისა და ადჰეზინების ექსპრესიას, რომლებიც აზიანებენ ქსოვილებს და იმუნური სისტემის მწვავე რეაქციას იწვევენ.
წყარო: American Society for Microbiology
