ผิวหนังของมนุษย์

ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยจาก MIT และสถาบันอื่นๆ ได้ค้นพบว่าจุลินทรีย์ชนิดนี้สามารถพัฒนาได้อย่างรวดเร็วภายในไมโครไบโอมของคนๆ เดียว พวกเขาพบว่าในคนที่เป็นโรคเรื้อนกวาง เชื้อS. aureusมีแนวโน้มที่จะพัฒนาเป็นตัวแปรที่มีการกลายพันธุ์ในยีนเฉพาะที่ช่วยให้เติบโตเร็วขึ้นบนผิวหนัง การศึกษานี้นับเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตการวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วแบบนี้โดยตรงในจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโรคผิวหนังที่ซับซ้อน การค้นพบนี้ยังสามารถช่วยให้นักวิจัยพัฒนาวิธีการรักษาที่เป็นไปได้ซึ่งจะช่วยบรรเทาอาการของโรคเรื้อนกวางโดยกำหนดเป้าหมายไปที่สายพันธุ์ของS. aureusที่มีการกลายพันธุ์ประเภทนี้และมีแนวโน้มที่จะทำให้อาการกลากแย่ลง Tami Lieberman ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมและสมาชิกสถาบันวิศวกรรมการแพทย์และวิทยาศาสตร์ของ MIT กล่าวว่า "นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่า จีโนไทป์ของ Staph aureusกำลังเปลี่ยนแปลงในผู้ที่เป็นโรคผิวหนังภูมิแพ้" "ตามความรู้ของฉัน นี่เป็นหลักฐานโดยตรงที่สุดของวิวัฒนาการแบบปรับตัวในไมโครไบโอมของผิวหนัง" Lieberman และ Maria Teresa García-Romero แพทย์ผิวหนังและผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งสถาบันกุมารเวชศาสตร์แห่งชาติในเม็กซิโก เป็นผู้ เขียนอาวุโสของการศึกษา ซึ่งปรากฏในCell Host and Microbe ในปัจจุบัน Felix Key อดีต postdoc ของ MIT ซึ่งปัจจุบันเป็นหัวหน้ากลุ่มที่ Max Planck Institute for Infection Biology เป็นผู้เขียนหลักของบทความนี้ การปรับตัวของแบคทีเรีย ประมาณว่าระหว่าง 30 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของคนมีเชื้อ S. aureusอยู่ในรูจมูก ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่เป็นอันตราย ในคนที่เป็นโรคเรื้อนกวางซึ่งส่งผลกระทบต่อเด็กประมาณ 10 ล้านคนและผู้ใหญ่ 16 ล้านคนในสหรัฐอเมริกาS. aureusมักจะแพร่กระจายไปยังผิวหนังที่เป็นกลากและติดเชื้อที่ผิวหนัง Lieberman กล่าว ว่า "เมื่อผิวหนังแตกStaph aureusสามารถหาโพรงที่มันสามารถเติบโตและเพิ่มจำนวนได้" Lieberman กล่าว "คิดว่าแบคทีเรียมีส่วนทำให้เกิดพยาธิสภาพ เพราะพวกมันหลั่งสารพิษและคัดเลือกเซลล์ภูมิคุ้มกัน และปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันนี้จะทำลายสิ่งกีดขวางผิวหนังต่อไป" ในการศึกษานี้ นักวิจัยต้องการสำรวจว่าS. aureusสามารถปรับตัวให้เข้ากับการอาศัยอยู่บนผิวหนังของผู้ป่วยโรคเรื้อนกวาง ได้อย่างไร "โดยปกติแล้วจุลินทรีย์เหล่านี้อาศัยอยู่ในจมูก และเราต้องการทราบว่าเมื่อพบตัวเองบนผิวหนังอักเสบภูมิแพ้ จำเป็นต้องเปลี่ยนไปอาศัยอยู่ที่นั่นหรือไม่ และเราสามารถเรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับวิธีที่แบคทีเรียเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับ ผิวหนัง อักเสบภูมิแพ้จากการเฝ้าดู วิวัฒนาการของมัน?” ลีเบอร์แมนกล่าว เพื่อตอบคำถามเหล่านั้น นักวิจัยได้คัดเลือกผู้ป่วยอายุระหว่าง 5 ถึง 15 ปี ซึ่งกำลังรับการรักษาโรคเรื้อนกวางระดับปานกลางถึงรุนแรง พวกเขาเก็บตัวอย่างจุลินทรีย์บนผิวหนังเดือนละครั้งเป็นเวลาสามเดือน และจากนั้นอีกครั้งเมื่อเก้าเดือน เก็บตัวอย่างจากหลังเข่าและด้านในของข้อศอก (บริเวณที่พบบ่อยที่สุดที่ได้รับผลกระทบจากโรคเรื้อนกวาง) ปลายแขนซึ่งมักไม่ได้รับผลกระทบ และรูจมูก เซลล์ S. aureusจากแหล่งตัวอย่างแต่ละแห่งได้รับการเพาะเลี้ยงแยกกันเพื่อสร้างโคโลนีมากถึง 10 โคโลนีจากแต่ละตัวอย่าง และเมื่อโคโลนีขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้น นักวิจัยจะจัดลำดับจีโนมของเซลล์ ทำให้มีโคโลนีที่ไม่ซ้ำกันเกือบ 1,500 อาณานิคม ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถสังเกตวิวัฒนาการของเซลล์แบคทีเรียได้อย่างละเอียดมากกว่าที่เคยเป็นมา เมื่อใช้เทคนิคนี้ นักวิจัยพบว่าผู้ป่วยส่วนใหญ่ยังคงมีสายเลือดเดียวของS. aureusนั่นคือ เป็นเรื่องปกติมากที่สายพันธุ์ใหม่จะเข้ามาจากสิ่งแวดล้อมหรือจากบุคคลอื่นและแทนที่สายพันธุ์S. aureus ที่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม ในแต่ละสายเลือด การกลายพันธุ์และวิวัฒนาการเกิดขึ้นมากมายในช่วงเก้าเดือนของการศึกษา ลีเบอร์แมนกล่าวว่า "แม้จะมีความเสถียรในระดับสายเลือด แต่เราก็เห็นการเปลี่ยนแปลงมากมายในระดับจีโนมทั้งหมด ซึ่งการกลายพันธุ์ใหม่ๆ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในแบคทีเรียเหล่านี้และแพร่กระจายไปทั่วร่างกาย" ลีเบอร์แมนกล่าว การกลายพันธุ์เหล่านี้จำนวนมากเกิดขึ้นในยีนที่เรียกว่า capD ซึ่งเข้ารหัสเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ capsular polysaccharide ซึ่งเป็นสารเคลือบที่ปกป้องS. aureusจากการจดจำโดยเซลล์ภูมิคุ้มกัน นักวิจัยพบว่า2 ใน 6 ของผู้ป่วยที่สุ่มตัวอย่างลึกลงไป เซลล์ที่มีการกลายพันธุ์ของ capD ได้ครอบครอง ประชากรไมโครไบโอมของผิวหนัง S. aureus ทั้งหมด ผู้ป่วยรายอื่นถูกล่า อาณานิคมด้วยสายพันธุ์ที่เริ่มแรกไม่มีสำเนาการทำงานของ capD สำหรับผู้ป่วยทั้งหมด 22 เปอร์เซ็นต์ที่ไม่มี capD เมื่อสิ้นสุดการศึกษา ในผู้ป่วยรายหนึ่ง การกลายพันธุ์ของ capD ที่แตกต่างกันสี่แบบเกิดขึ้นอย่างอิสระในตัวอย่าง S. aureusที่แตกต่างกันก่อนที่หนึ่งในตัวแปรเหล่านั้นจะมีลักษณะเด่นและแพร่กระจายไปทั่วไมโครไบโอมทั้งหมด การรักษาที่ตรงเป้าหมาย ในการทดสอบเซลล์แบคทีเรียที่เติบโตในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์เป็น capD ทำให้S. aureusเติบโตได้เร็วกว่า สายพันธุ์ S. aureusที่มียีน capD ปกติ การสังเคราะห์พอลิแซ็กคาไรด์ชนิดแคปซูลต้องการพลังงานจำนวนมาก ดังนั้นเมื่อเซลล์ไม่ต้องสร้างมันขึ้นมา เซลล์จึงมีเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อขับเคลื่อนการเติบโตของเซลล์เอง นักวิจัยยังตั้งสมมติฐานว่าการสูญเสียแคปซูลอาจทำให้จุลินทรีย์สามารถเกาะติดกับผิวหนังได้ดีขึ้น เนื่องจากโปรตีนที่ยอมให้พวกมันเกาะติดกับผิวหนังนั้นสัมผัสได้มากขึ้น นักวิจัยยังได้วิเคราะห์จีโนมเกือบ 300 จีโนมของแบคทีเรียที่แยกได้จากผู้ที่มีและไม่มีโรคเรื้อนกวาง และพบว่าผู้ที่เป็นโรคเรื้อนกวางมีแนวโน้มที่จะมีเชื้อ S. aureus ที่ไม่สามารถผลิต capsular polysaccharide ได้มากกว่าคนที่ไม่มีโรคเรื้อนกวาง กลากมักรักษาได้ด้วยมอยเจอร์ไรเซอร์หรือสเตียรอยด์เฉพาะที่ และแพทย์อาจสั่งยาปฏิชีวนะหากปรากฏว่าผิวหนังมีการติดเชื้อ นักวิจัยหวังว่าการค้นพบของพวกเขาอาจนำไปสู่การพัฒนาวิธีการรักษาที่ช่วยลดอาการกลากได้ โดยกำหนดเป้าหมายไปที่ สายพันธุ์ S. aureusที่มีการกลายพันธุ์ใน capsular polysaccharide García-Romero กล่าวว่า "การค้นพบของเราในการศึกษานี้ให้เบาะแสว่าStaph aureusพัฒนาภายในโฮสต์อย่างไร และเผยให้เห็นคุณสมบัติบางอย่างที่อาจช่วยให้แบคทีเรียอยู่บนผิวหนังและก่อให้เกิดโรคได้ "ในอนาคต สายพันธุ์ S. aureusที่มีการกลายพันธุ์ใน capsular polysaccharide อาจเป็นเป้าหมายที่เกี่ยวข้องสำหรับการรักษาที่เป็นไปได้" ห้องปฏิบัติการของลีเบอร์แมนกำลังพัฒนาโปรไบโอติกที่สามารถใช้เพื่อกำหนดเป้าหมายสายพันธุ์S. aureus ที่มีผลลบต่อแคปซูล ห้องปฏิบัติการของเธอกำลังศึกษาว่า สายพันธุ์ S. aureusที่มีการกลายพันธุ์ของ capD มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปยังสมาชิกคนอื่น ๆ ในครอบครัวของผู้ป่วยโรคเรื้อนกวางหรือไม่