Difference in microbiome among house dust mite species causes difference in induction of allergic responses in vitro

Abstract

House dust mite is one of the major allergens causing allergic diseases. Although allergens of house dust mites have been studied extensively, research on the differences of microbiome among house dust mite species has been studied insufficiently. The purpose of this study is to compare the microbiota composition according to the species of mites and to determine whether the microbiome causes the difference in inducing allergic responses. Dermatophagoides farinae, D. pteronyssinus, and Tyrophagus putrescentiae, which are known to cause allergic diseases, were grown for 18 weeks in autoclaved medium. Next-generation sequencing (NGS) that complemented Sanger sequencing was used to analyze the differences of microbiome according to the mite species. Human bronchial epithelial cell line were equally treated with protein extracts from three species of mites to compare cytokine expression levels. Analysis of the microbiome of three species of mites revealed that the different types of microbiota composition according to the species. Gram negative bacteria accounted for the most of the microbiota composition in the D. fariane and T. putrescentiae. The microbiome of D. pteronyssinus cultivated on the autoclaved medium was different from the other two species and barely existed. The amount of endotoxin of the three species corresponded to the pattern of the microbiome. However, the expression pattern of pro-inflammatory cytokines was similar when the same amount of protein extract of each mite species was treated equally to human bronchial epithelial cell line. In summary, the distribution of microbiota of house dust mites cultured on the same conditions in autoclaved media was different according to species and the concentration of endotoxin was corresponded to the microbiota composition. However, the expression of pro-inflammatory cytokines in human bronchial epithelial cell was similar to each other.

집먼지진드기는 알레르기 질환을 일으키는 주요한 알레르겐 중 하나이다. 집먼지진드기의 알레르겐은 많이 연구되어 왔지만, 집먼지진드기의 세균총 집먼지진드기 종에 따른 세균총의 차이에 대한 연구는 아직 미흡한 상태이다. 같은 조건에서 오랜 기간 동안 사육 하였을 때 진드기의 종에 따른 세균총의 분포를 비교 분석하고 세균총의 차이가 알레르기를 유발하는 정도에 차이를 일으키는지 확인하는 것이 본 연구의 목적이다. 이 연구를 위하여 알레르기 질환을 일으키는 원인이 된다고 잘 알려진 큰다리먼지진드기, 세로무늬먼지진드기, 긴털가루진드기를 같은 조건으로 무균처리한 배지에서 18주간 사육하였고 기존의 Sanger시퀀싱을 보완한 차세대 염기서열 분석법을 이용하여 진드기 종에 따른 세균총 차이를 분석하였다. 세 종의 진드기에서 얻은 단백질 추출물을 사람기도상피 세포주에 동량 처리하여 사이토카인 발현 정도를 비교하였다. 세 종 진드기의 세균총을 분석한 결과 종에 따라 서로 다른 패턴의 세균총이 분포하는 것을 확인하였다. 큰다리먼지진드기와 긴털가루진드기는 세균총의 거의 대부분을 그람음성균이 차지한 것을 확인하였으나, 무균배지에서 사육한 세로무늬먼지진드기의 세균총은 다른 두 종과 다른 패턴이며 세균이 거의 존재하지 않았다. 세 종의 내독소 양은 세균총의 패턴과 상응하였다. 각 종의 단백질 추출물을 사람기도상피세포주에 동량 처리하였을 때 전염증성 사이토카인 발현이 비슷하게 일어났다. 이 연구를 통하여 무균배지에서 같은 조건으로 사육한 세 종 집먼지진드기의 세균총의 분포는 종에 따라 다르며 내독소의 양도 세균총 분포 결과와 상응하게 다르지만, 사람기도상피세포에서 전염증성 사이토카인의 발현은 비슷하게 일으키는 것을 확인하였다.