Neisseria species as pathobionts in bronchiectasis

• DOI: 10.1016/j.chom.2022.08.005
• Publication Date: 2022-09-14T14:51:10Z
• Authors: Liang Li; Micheál Mac Aogáin; Tengfei Xu; Tavleen Kaur Jaggi; Louisa L.Y. Chan; Jing Qu; Lan Wei; Shumin Liao; Hong Sheng Cheng; Holly R. Keir; Alison J. Dicker; Kai Sen Tan; Wang De Yun; Mariko Siyue Koh; Thun How Ong; Albert Yick Hou Lim; John A. Abishegan...; Teck Boon Low; Tidi Maharani Hassan; Xiang Long; Peter A.B. Wark; Brian Oliver; Daniela I. Drautz...; Stephan C. Schuster; Nguan Soon Tan; Mingliang Fang; James D. Chalmers; Sanjay H. Chotirmall
• Keywords: FOS: Computer and information sciences; Emergency Medical Services; bronchiectasis; /dk/atira/pure/subjectarea/asjc/2400/2404; Epidemiology; /dk/atira/pure/subjectarea/asjc/2400/2405; /dk/atira/pure/subjectarea/asjc/2400/2406; microbiome; Health Professions; Gene; transcriptomics; Mice; Impact of Child Care on Infectious Diseases; Lung; Internal medicine; Microbiota; :Biological sciences [Science]; Bronchiectasis; 3. Good health; metabololipidomics; name=Microbiology; Medicine; Bronchiolitis; Neisseria; Pulmonary and Respiratory Medicine; Therapeutic Advances in Cystic Fibrosis Research; name=Virology; Clinical Management of Tracheal and Airway Disorders; Bioinformatics; Immunology; 610; Microbiology; name=Parasitology; Health Sciences; Epidemiology and Pathogenesis of Respiratory Viral Infections; Genetics; Animals; Humans; Neonatal Lung Development and Respiratory Morbidity; Biology; CAMEB; metagenomics; Bacteria; Pathogen; FOS: Clinical medicine; FOS: Biological sciences; Metagenome; Dysbiosis; Microbiome; Metagenomics

Introduction : Le rôle des espèces de Neisseria dans la bronchectasie est inconnu. Méthodes : Le séquençage des bactériomes des échantillons de voies respiratoires de la cohorte de la bronchectasie asiatique et européenne appariée (CAMEB) (n=225) a été effectué pour évaluer les corrélats cliniques de la maladie associée à Neisseria spp. Une infection pulmonaire chez la souris et des modèles de cellules épithéliales humaines primaires ont été utilisés pour évaluer le potentiel pathogène de Neisseria. Les analyses transcriptomiques, métabolomiques et lipidomiques ont identifié des changements systémiques chez la souris après l'exposition à Neisseria, qui ont été validés chez des sujets humains par une analyse métabolipidomique sérique de patients dominants de Neisseria. La surveillance métagénomique des échantillons des voies respiratoires et de l'environnement a été utilisée pour évaluer les implications plus larges des Neisseriaceae dans les maladies respiratoires chroniques. Résultats : Les microbiomes dominants de Neisseria s'associent à des résultats cliniques plus médiocres. N. subflava favorise la perte d'intégrité épithéliale et l'inflammation dans les cellules épithéliales primaires, tandis que les modèles animaux in vivo présentent des groupes de gènes fonctionnels immuno-inflammatoires et une inflammation pulmonaire. Les résultats des métabolipidomes de souris infectés par Neisseria ont été validés dans la bronchectasie humaine dominée par Neisseria, corroborant son rôle potentiel de pathobionte. La surveillance métagénomique identifie l'espèce Neisseria comme un pathobionte à travers d'autres maladies respiratoires chroniques et confirme la détection dans l'environnement domestique des patients atteints de bronchectasie. Conclusion : Les espèces de Neisseria représentent de nouveaux pathobiontes dans la bronchectasie. Financement : Conseil national de la recherche médicale du ministère de la Santé de Singapour dans le cadre de sa subvention de recherche individuelle clinicien-chercheur (MOH-000141) (S.H.C) et de sa bourse de clinicien-chercheur (MOH-000710) (S.H.C).<br/>Introducción: Se desconoce el papel de las especies de Neisseria en la bronquiectasia. Métodos: Se realizó la secuenciación del bacterioma de muestras de vías respiratorias de la Cohorte de Bronquiectasia Asiática y Europea Coincidente (CAMEB) (n=225) para evaluar los correlatos clínicos de la enfermedad asociada con Neisseria spp. Se emplearon modelos de infección pulmonar de ratón y de células epiteliales humanas primarias para evaluar el potencial patógeno de Neisseria. Los análisis transcriptómicos, metabolómicos y lipidómicos identificaron cambios sistémicos en ratones después de la exposición a Neisseria, que se validó en sujetos humanos mediante análisis metabolipidómico sérico de pacientes dominantes en Neisseria. Se empleó la vigilancia metagenómica de las muestras de las vías respiratorias y ambientales para evaluar las implicaciones más amplias de las Neisseriaceae en la enfermedad respiratoria crónica. Resultados: Los microbiomas dominantes de Neisseria se asocian con peores resultados clínicos. N. subflava promueve la pérdida de integridad epitelial y la inflamación en las células epiteliales primarias, mientras que los modelos animales in vivo exhiben grupos de genes funcionales inmunoinflamatorios e inflamación pulmonar. Los hallazgos de los metabolipidomas de ratón infectados por Neisseria se validaron en la bronquiectasia dominante de Neisseria humana, lo que corrobora su posible papel patobionte. La vigilancia metagenómica identifica a las especies de Neisseria como un patobionte en otras enfermedades respiratorias crónicas y confirma la detección en el entorno doméstico de los pacientes con bronquiectasia. Conclusión: Las especies de Neisseria representan nuevos patobiontes en bronquiectasias. Financiación: Consejo Nacional de Investigación Médica del Ministerio de Salud de Singapur bajo su Beca de Investigación Individual Clínica-Científica (MOH-000141) (S.H.C) y Premio al Científico Clínico (MOH-000710) (S.H.C).<br/>Introduction: The role of Neisseria species in bronchiectasis is unknown. Methods: Bacteriome sequencing of airway samples from the Cohort of Asian and Matched European Bronchiectasis (CAMEB) (n=225) was performed to assess clinical correlates of disease associated with Neisseria spp. Mouse lung infection and primary human epithelial cell models were employed to assess the pathogenic potential of Neisseria. Transcriptomic, metabolomic and lipidomic analyses identified systemic changes in mice following Neisseria exposure, which was validated in human subjects by serum metabolipidomic analysis of Neisseria-dominant patients. Metagenomic surveillance of airway and environmental samples was employed to assess the broader implications of the Neisseriaceae in chronic respiratory disease. Results:Neisseria-dominant microbiomes associate with poorer clinical outcomes. N. subflava promotes loss of epithelial integrity and inflammation in primary epithelial cells while in-vivo animal models exhibit immuno-inflammatory functional gene clusters and pulmonary inflammation. Findings from Neisseria-infected mouse metabolipidomes were validated in human Neisseria-dominant bronchiectasis, corroborating its potential pathobiont role. Metagenomic surveillance identifies Neisseria species as a pathobiont across other chronic respiratory diseases and confirms detection in the home environment of bronchiectasis patients. Conclusion:Neisseria species represent novel pathobionts in bronchiectasis. Funding: Singapore Ministry of Health's National Medical Research Council under its Clinician-Scientist Individual Research Grant (MOH-000141) (S.H.C) and Clinician Scientist Award (MOH-000710) (S.H.C).<br/>المقدمة: دور أنواع النيسرية في توسع القصبات غير معروف. الطرق: تم إجراء تسلسل بكتيري لعينات مجرى الهواء من مجموعة توسع الشعب الهوائية الآسيوية والأوروبية المتطابقة (CAMEB) (العدد=225) لتقييم الارتباطات السريرية للمرض المرتبط بـ Neisseria spp. تم استخدام عدوى رئة الفأر ونماذج الخلايا الظهارية البشرية الأولية لتقييم الإمكانات المسببة للأمراض في النيسرية. حددت التحليلات الترانسكريبتومية والأيضية والشحمية التغيرات الجهازية في الفئران بعد تعرض النيسرية، والتي تم التحقق من صحتها في البشر من خلال التحليل الأيضي الشحمي في المصل للمرضى المهيمنين على النيسرية. تم استخدام المراقبة الميتاجينية للمجرى الهوائي والعينات البيئية لتقييم الآثار الأوسع للنيسريات في أمراض الجهاز التنفسي المزمنة. النتائج: ترتبط النيسرية - الميكروبات المهيمنة بنتائج سريرية أقل. تعزز N. subflava فقدان السلامة الظهارية والالتهاب في الخلايا الظهارية الأولية بينما تظهر النماذج الحيوانية في الجسم الحي مجموعات جينية وظيفية التهابية مناعية والتهاب رئوي. تم التحقق من صحة النتائج المستخلصة من مستقلبات الفئران المصابة بالنيسيرية في توسع الشعب الهوائية المهيمن في النيسرية البشرية، مما يؤكد دورها المرضي المحتمل. تحدد المراقبة الميتاجينية أنواع النيسرية كمرض عبر أمراض الجهاز التنفسي المزمنة الأخرى وتؤكد الكشف في البيئة المنزلية لمرضى توسع الشعب الهوائية. الاستنتاج: تمثل أنواع النيسرية حيونات مرضية جديدة في توسع القصبات. التمويل: المجلس الوطني للبحوث الطبية التابع لوزارة الصحة في سنغافورة بموجب منحة البحث الفردي للعلماء السريريين (MOH -000141) (S.H.C) وجائزة العلماء السريريين (MOH -000710) (S.H.C).<br/>