Biodiversity of Gut Microbiota and Urobiota in Liver Cirrhosis

Abstract

Цель. Изучить микробное разнообразие кала и мочи у пациентов с циррозом печени в зависимости от степени тяжести и краткосрочного прогноза заболевания. Материалы и методы. Проведено стандартное обсервационное исследование и метагеномное секвенирование кала и мочи 30 госпитализированных пациентов с циррозом печени. Для описания результатов использованы стандартные методы описательной статистики. В качестве индексов биоразнообразия использованы индексы Шеннона, Симпсона, Chao1. Анализ бета-разнообразия осуществлялся с помощью метода главных координат (PCoA), в качестве меры расстояния выбран индекс Брея – Кертиса. Для анализа значимости различий между группами применялся перестановочный многомерный дисперсионный анализ (PERMANOVA). Уровень значимости α принят равным 0,05. Результаты. У пациентов с циррозом печени, независимо от стадии заболевания и 30-дневной выживаемости, микробиота кишечника представлена доминирующими филотипами бактерий Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria. К таксонам, медиана относительного разнообразия которых в моче пациентов с циррозом превышает 0,5%, относятся Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria, Tenericutes. Филотип Armatimonadetes в большем изобилии представлен у пациентов с декомпенсированным циррозом и 30-дневной летальностью (р<0,05). Установлены ассоциации плотности таксонов Proteobacteria, Fusobacteria, Tenericutes, Planctomycetes, Cyanobacteria, Armatimonadetes в фекальной микробиоте пациентов с краткосрочной выживаемостью (р<0,05). Микробиота мочи у пациентов с 30-дневной летальностью по сравнению с пациентами, которые продолжают лечение, обогащена таксонами Fusobacteria (8,57×10–4 и 1,85×10–5, р=0,016) и Tenericutes (0,12 и 2,11×10–4, р=0,048). Бета-разнообразие микробиоты мочевыводящих путей имеет различия у живых и умерших пациентов с циррозом, значимость несходства достоверна (р=0,017). Выводы. У пациентов с циррозом печени установлены ассоциации биоразнообразия микробиоты кишечника и уробиоты со стадией заболевания (компенсации/декомпенсации) и показателем 30-дневной летальности. Purpose. To study the microbial diversity of feces and urine in patients with liver cirrhosis, depending on the severity and short-term prognosis of the disease. Materials and methods. A standard observational study and metagenomic sequencing of feces and urine of 30 hospitalized patients with liver cirrhosis were performed. Standard methods of descriptive statistics were used to describe the results. The indices of Shannon, Simpson, and Chao1 were used as biodiversity indices. Beta diversity was analyzed using the Principal Coordinates method (PCoA), the Bray – Curtis index was chosen as a distance measure. Permutation multivariate analysis of variance (PERMANOVA) was used to analyze the significance of differences between groups. The significance level α is assumed to be 0.05. Results and discussion. In patients with liver cirrhosis, regardless of the stage of the disease and 30-day survival, the gut microbiota is represented by the dominant phylum of bacteria Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria. The taxa whose median relative diversity in the urine of patients with cirrhosis exceeds 0.5% include Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria, Tenericutes. The phylum Armatimonadetes is more abundant in patients with decompensated cirrhosis and 30-day mortality (p<0.05). Associations of the density of taxa Proteobacteria, Fusobacteria, Tenericutes, Planctomycetes, Cyanobacteria and Armatimonadetesphylum were established in the fecal microbiota of patients with short-term survival (p<0.05). The urine microbiota in patients with 30-day mortality compared with patients who continue treatment is enriched with Fusobacteria (8.57×10–4 and 1.85×10–5, p=0.016) and Tenericutes (0.12 and 2.11×10–4, p=0.048) taxa. The beta diversity of the urinary tract microbiota has differences in alive and died patients with cirrhosis, the significance of the dissimilarity is significant (p=0.017). Conclusions. In patients with liver cirrhosis associations of the biodiversity of the gut microbiota and urobiota with the stage of the disease (compensation/decompensation) and 30-day mortality level were established.