Složení střevní mikrobioty u hispánských a nehispánských dětí.

I. SPECIFICKÉ CÍLE V lidském gastrointestinálním traktu (GI) je obrovské množství mikrobů včetně bakteriálních, plísňových a protozoálních mikroorganismů, které všechny dohromady tvoří náš mikrobiom. V posledních letech důkazy ukázaly, že GI mikrobiom je spojen s naším celkovým zdravím, včetně rizika obezity. GI mikrobiota může ovlivňovat obě strany energetické bilance, která zahrnuje faktory ovlivňující využití energie ze stravy a faktory, které hrají roli v regulaci výdeje a ukládání energie ovlivněním genů hostitele (1, 2). Studie prokázaly, že míra nadváhy a obezity patří mezi nejvyšší u hispánských dětí ve Spojených státech. Odhaduje se, že v USA má 47 % hispánských dětí nadváhu a 31 % obezitu, ve srovnání s 35 % a 21 % u kavkazských nehispánských dětí. Literatura ukazuje, že faktory prostředí jsou spojeny s dětskou obezitou u hispánských dětí, včetně: rodičovských vlivů, času stráveného u obrazovky, chování při fyzické aktivitě, socioekonomického stavu/zabezpečení jídla a délky spánku (3,4). Dosud nebyly provedeny žádné studie, které by zkoumaly, zda existují významné rozdíly ve střevním mikrobiomu hispánských dětí; navíc, zda tyto rozdíly (taxonomie nebo genová exprese) je vystavují vyššímu riziku rozvoje obezity ve srovnání s jinými etnickými skupinami.

Výzkumníci předpokládají, že mezi kavkazskými nehispánskými dětmi a hispánskými dětmi existují významné rozdíly v GI mikrobiomech.

Cíl: Potvrdit rozdíly v mikrobiomu mezi kavkazskými nehispánskými dětmi (s obezitou a bez obezity) a hispánskými dětmi (s obezitou a bez obezity) v této pilotní studii.

Hypotéza: Hispánské děti budou mít nižší fekální bakteriální diverzitu ve srovnání s kavkazskými nehispánskými dětmi, což je spojeno s větší celkovou adipozitou a zhoršenou glukózovou homeostázou určenou:

A) Metagenomické sekvenování DNA nové generace z fekálních vzorků kohort, které zahrnují hispánské děti s obezitou, hispánské děti bez obezity, kavkazské nehispánské děti s obezitou a kavkazské nehispánské děti bez obezity.

B) Bioinformatická výpočetní analýza porovnávající čtyři skupiny za účelem stanovení četnosti beta diverzity (relativní taxonomie).

II. SOUVISLOSTI A VÝZNAM Obezita je ve Spojených státech vážným zdravotním rizikem. Prevalence dětské obezity se v posledních dvou desetiletích zvýšila. Podle amerického ministerstva zdravotnictví a sociálních služeb nedávné datum ukázalo, že prevalence obezity je vyšší u mládeže ve věku 6–11 let a dospívajících ve věku 12–19 let ve srovnání s dětmi ve věku 2–5 let. Hispánská populace patří mezi nejvíce postižené etnické skupiny ve Spojených státech. Přibližně 47 % hispánských dětí má nadváhu a 31 % má obezitu. Bylo zjištěno, že při rozvoji dětské obezity u hispánských dětí hraje roli více faktorů, včetně: rodičovských vlivů, času stráveného u obrazovky, chování při fyzické aktivitě, socioekonomického stavu/zabezpečení jídla a délky spánku.

V posledních několika letech se objevil výzkumný zájem o pochopení vývoje a patogeneze obezity. Nedávné studie zjistily, že střevní mikroflóra hraje důležitou roli při spouštění a rozvoji obezity. GI mikrobiota může ovlivňovat obě strany energetické bilance, která zahrnuje faktory ovlivňující využití energie ze stravy a faktory, které hrají roli v regulaci energetického výdeje a ukládání ovlivněním genů hostitele. Ve studii Hou hodnotili gen 16S rRNA, enterotypy a množství střevní mikroflóry u obézních dětí a zdravou kontrolní kohortu. V této studii zjistili, že složení střevní mikroflóry vykazovalo významné rozdíly mezi obézními dětmi a zdravými kontrolami. Výsledky ukázaly, že kmen Firmicutes a Bacteroidetes byl převládajícím fekálním mikrobiomem v obou kohortách, ale poměr relativní abundance Firmicutes a Bacteroidetes (F/B) v obézní kohortě byl významně vyšší než u zdravých kontrol. Firmicutes jsou spojeny s geny zapojenými do katabolismu sacharidů a jsou bohaté na obézní jedince, zatímco Bacteroidetes jsou spojeny se sníženou tělesnou hmotou.

V současné době neexistují žádné studie, které by zkoumaly, zda existují významné rozdíly ve střevním mikrobiomu hispánských dětí; navíc, zda tyto rozdíly (taxonomie nebo genová exprese) je vystavují vyššímu riziku rozvoje obezity ve srovnání s jinými etnickými skupinami. Studijní tým se domnívá, že je důležité identifikovat možné mikrobiomové rozdíly v hispánské populaci, které je mohou vystavit vyššímu riziku rozvoje dětské obezity.

III. NÁVRH VÝZKUMU A METODY VČETNĚ STATISTICKÉ ANALÝZY Subjekty studie/Experimentální uspořádání Výzkumníci přijmou a zapíší 4 kohorty včetně 6 hispánských dětí s obezitou, 6 hispánských dětí bez obezity, 6 kavkazských nehispánských dětí s obezitou a 6 bělošských ne-obézních dětí. . Obezita bude definována jako BMI > 95 %. Věk pro přihlášení bude mezi 6-12 lety. Vyšetřovatelé získají základní charakteristiky v době zařazení, včetně antropometrických měření (hmotnost, délka, BMI), dietní anamnézy (včetně 24hodinového deníku a dotazníku o frekvenci jídla) a historie fyzické aktivity (dotazník fyzické aktivity). Vyšetřovatelé získají anamnézu léků, včetně historie užívání antibiotik, steroidů a probiotik.

Měření diety a fyzické aktivity Při odběru stolice získají vyšetřovatelé informace o dietě pacienta pomocí dotazníku o frekvenci jídla o 30 položkách potravin a 24hodinového deníku, ve kterém si jídlo vybaví. Záznamy o stravě budou analyzovány pomocí softwaru Nutrient Data System for Research (Minneapolis, MN). Výzkumníci určí příjem příjmu makro- a mikronutrientů a také vzorce příjmu potravy pomocí latentní třídy (přístup zaměřený na člověka) a také faktorové analýzy (přístup založený na datech).

Vyšetřovatelé budou shromažďovat údaje o fyzické aktivitě pacienta pomocí dotazníku fyzické aktivity pro starší děti (PAQ-C) a budou analyzovat pomocí Spearmanových korelačních koeficientů. Za správu klinických dat bude odpovědný hlavní zkoušející a GI kolega/spoluřešitel a bude využívat zabezpečenou databázi REDCap prostřednictvím systému REDCap společnosti Nemours.

Odběr vzorku stolice Se svolením rodiče/opatrovníka bude stolice odebraná ve sterilní nádobě převezena do 12 hodin po defekaci z domova nebo z ambulance do samostatné klinické laboratoře, kde budou stolice odebírány pomocí 3x štětce FLOQswab (Copan Diagnostics, Murrieta, CA) Výtěry budou předem označeny deidentifikovatelným kódem odrážejícím číslo pacienta, číslo vzorku a datum a vzorek bude umístěn do suchého ledu a poté přenesen do mrazáku s teplotou -80 stupňů Celsia, dokud jej nevyzvedne. výzkumní pracovníci pro přesun do CHOP Microbiome Center.

Izolace bakteriální DNA DNA bude extrahována ze vzorků pomocí soupravy DNeasy PowerSoil podle pokynů výrobce (Qiagen, Germantown, MD). Knihovny brokovnic budou generovány z 1 ng DNA pomocí sady NexteraXT (Illumina, San Diego, CA, USA). Knihovny budou sekvenovány na Illumina HiSeq 2500 pomocí chemie 2x125bp v režimu vysokého výstupu.

Zpracování bioinformatiky a statistická analýza Rozdíly v přírůstku hmotnosti, HgbA1c, fyzické aktivitě spojené s nutričními dietními záznamy nebo jinými výsledky budou hodnoceny pomocí t-testu nebo Mann Whitney U testu s úpravou pro kovariáty. Vztah mezi nutričními záznamy a výsledky bude dále zkoumán pomocí modelů se smíšenými efekty, přizpůsobení vlivu klíčové fyzické aktivity nebo stravovacích proměnných.

Soubory FASTQ budou analyzovány pomocí zavedeného výpočetního potrubí vyvinutého ve společnosti Nemours.