Identifikace metabotypů IBS na základě fyziologických reakcí na jídlo

Současná studie je explorativní s primárním cílem najít a uvést do souvislosti odlišné subjektové metabotypy odrážející toleranci/nesnášenlivost ke konkrétním složkám potravy mezi pacienty s IBS pomocí odvození a vztahu datových vzorců OMIC (údaje o metabolomice a střevní mikrobiotě) s hlášenou závažností indikovaných příznaků IBS. podle primární koncové proměnné, tj. IBS-SSS. Protože výzkumníci nemají odhad variace v multivariačních datech OMIC (jak metabolomiky, tak 16S rRNA analýzy bakteriální RNA), není možné provést adekvátní výpočet síly. Existuje nedostatek konsenzu o tom, jak nejlépe provádět analýzu výkonu pro tyto návrhy OMIC (a tudíž také nedostatek nástrojů), ačkoli některé iniciativy byly zveřejněny. Analýza síly je obzvláště obtížná v necílené metabolomice, kde počet proměnných není a priori určen, kde existuje silná multikolinearita a kde nelze předpokládat, že proměnné přispívají stejnou silou k velikosti účinku. Kromě toho existuje nedostatek relevantních necílených studijních materiálů o metabolomice a mikrobiotě o interakcích IBS x dieta, z nichž by se daly odhadnout relevantní parametry, jako jsou multivariační velikosti účinku a odhady rozptylu, a to kvůli překvapivě malému počtu metabolomických studií na IBS a úplnému nedostatku veřejně dostupných studií. nezpracovaná data. Nicméně významné rozdíly v metabolomu byly dříve pozorovány u dětí s nebo bez průjmově dominujícího IBS (n=22 na skupinu). Systematické rozdíly byly také prokázány v jednotlivých metabolitech u osob s IBS, které konzumovaly dietu s vysokým nebo nízkým obsahem FODMAP (n≈20 na léčbu).

V této studii bude proveden cross-over design, který zvýší výkon oproti paralelním návrhům. Kromě toho budou účastníci stratifikováni s ohledem na podtyp IBS (tj. průjem, zácpa a smíšené). Výzkumníci však nebudou předem vědět, kolik IBS-metabotypů bude v materiálu přítomno, ani kvantitativní distribuci mezi metabotypy. Proto bude přijato 120 účastníků, aby bylo možné pozorovat významné rozdíly mezi dietní léčbou, na základě předpokladů, že bude možné identifikovat přibližně 4±1 metabotypy, a přibližnou rovnoměrnou distribuci mezi metabotypy (≥20 osob na metabotyp). Výběr 120 účastníků navíc za těchto podmínek umožní 20% opuštění studie, což je vysoký odhad založený na našich předchozích zkušenostech z nutričních intervencí. Důležitým sekundárním výsledkem tohoto studijního materiálu je to, že poskytne příležitost k použití pro výpočty výkonu v budoucích studiích OMIC, kde velikost účinku na klinické parametry i na měření OMIC není jistá.

Odhalení metabotypů IBS Identifikace metabotypů bude prováděna za použití převážně vícerozměrných technik analýzy dat. Během počátečních analýz budou data molekulárního fenotypu (metabolomika a mikrobiota) analyzována pomocí nekontrolované analýzy hlavních složek (PCA) a shlukovacích technik, aby se zjistilo, zda se data samovolně agregují do smysluplných shluků. Pro přizpůsobení variabilitě mezi jednotlivci a zaměření na účinky intervencí bude provedeno rozdělení rozptylu (někdy označované jako rozklad ANOVA) podle jednotlivců. Shluky budou korelovány se zaznamenanými IBS/klinickými daty (IBS-SSS, deník vyprazdňování střev), aby se prozkoumalo, zda vznikající shluky obsahují funkční informace ve vztahu k symptomům IBS. Navíc je pravděpodobné, že různé shluky se podobně neodrážejí v plazmové a fekální metabolomice a fekální mikrobiotě. Aby bylo možné zjistit, do jaké míry jsou různé shluky spojeny s různými omikovými bloky, bude na nekontrolovanou analýzu aplikována řada technik pro rozdělení variability na společné a odlišné složky.

V druhé linii nekontrolované analýzy budou PCA a shlukovací analýzy provedeny na molekulárním fenotypu agregovaném s IBS/klinickými daty, které budou mít potenciál ovlivnit shlukování přímo namísto následného zkoumání korelací. Opět bude použito dělení variability na společné a odlišné komponenty, abychom prozkoumali, jak se shluky odrážejí v různých datových blocích.

A konečně, kontrolované analýzy budou použity k přímému spojení údajů o molekulárním fenotypu (nezávislé proměnné) s IBS/klinickými údaji (závislé proměnné) za použití interně vyvinutých technik částečných nejmenších čtverců (PLS) a náhodných lesů (RF). Tyto interní techniky jsou specificky přizpůsobeny k identifikaci nejrelevantnějšího souboru nezávislých proměnných k popisu kovariability se závislými daty (předložený rukopis). IBS/klinická data lze použít jako spojité vícenásobné proměnné nebo přímo převodem pozorování na shluky. Aby bylo možné prozkoumat, jak se shluky a IBS/klinická data odrážejí v různých omických blocích, budou použity nově vyvinuté postupy k nalezení společných a odlišných složek v kontrolované analýze (předložený rukopis).

Pokrok v těchto třech přístupech představuje rostoucí stupeň dohledu v multivariační analýze. Po všech analýzách budou nově vznikající shluky z PCA a shlukové analýzy a mnohorozměrné predikce z analýz PLS a RF dále analyzovány pomocí bioinformatických nástrojů upravených tak, aby poskytovaly smysluplnou biologickou interpretaci s cílem potvrdit shodu mezi shluky a metabotypy.

Rychlý diagnostický test metabotypů Po identifikaci metabotypů bude provedena multivariační prediktivní analýza expozice smíšenému lepku/FODMAP za účelem identifikace prediktivních biomarkerů metabotypů. Tyto modely budou podobně jako výše založeny na interních PLS a RF procedurách využívajících metabolomická data jako nezávislé proměnné a klasifikaci metabotypů na jednotlivce jako závislé proměnné.

Plazmatické metabolické profily budou pravidelně analyzovány až do 4 hodin po expozici a budou provedeny dva různé přístupy k řešení časových trendů v metabolickém profilování: V prvním přístupu budou časové profily převedeny na plochy pod křivkou na měření. vlastnost metabolitu prostřednictvím numerické integrace. Tyto hodnoty se pak použijí přímo jako nezávislé proměnné, které poskytnou indikaci celkového odrazu metabotypu na hladinách metabolitů po expozici. Tento přímý přístup však nebude schopen vzít v úvahu potenciální rozdíly v časových trendech mezi metabotypy. Proto bude pro zkoumání interakcí metabotyp x čas použito rozdělování rozptylů s pomlčkou s kontrolovaným učením. Tento přístup bude vyžadovat vývoj metody v multivariační analýze, která v současné době probíhá ve výzkumné skupině R Landbergs a očekává se, že bude připravena a beta-testována během roku 2018, tedy dříve, než budou data dostupná pro analýzu. Tato metodologie je navržena tak, aby umožňovala současnou analýzu celkových rozdílů v hladinách metabolitů mezi ošetřeními a také rozdílů v časových profilech, čímž poskytuje informace také o nejvhodnějších časových bodech pro odběr vzorků pro účinnou předpověď metabotypu x.