Die Assoziation zwischen der mikrobiologischen Umgebung im Dickdarm und kolorektalen Erkrankungen

Projektbeschreibung Gesamthypothese: Die mikrobielle Umgebung des Dickdarms korreliert mit der Darmpathologie und ist relevant für die Entwicklung und den Fortschritt kolorektaler Erkrankungen.

Forschungsfragen und Ergebnisse:

In Phase 1 (Jahr 1, Phase der Hypothesengenerierung) wird der Zusammenhang zwischen bestimmten Bakterien und folgenden Erkrankungen untersucht: Darmerkrankungen (Darmkrebs / Polypen, Adenome (Vorstufen von Krebs), entzündliche Darmerkrankungen (CED) und Divertikulose) .

Forschungsfragen:

1. Unterscheidet sich die Mikroumgebung der Darmschleimhaut in und um Gewebe mit Adenomen/kolorektalem Adenokarzinom, CED und Divertikulose, die mit einem Bakteriensatz besiedelt sind, von der gesunden Schleimhaut?
2. Beeinflussen Alter, Geschlecht und Lebens-/Ernährungsgewohnheiten verschiedene Arten der Bakterienzusammensetzung?

In Phase 2 (Jahr 2-3) wollen wir spezifische bakterielle Biomarker identifizieren, die als Screening-Instrumente verwendet werden könnten, und den Grundstein für zukünftige neue Behandlungen für Darmerkrankungen legen.

Primäre Forschungsfragen:

1. Sind bestimmte Bakteriengruppen mit der frühen Bildung von Adenomen und Darmkrebs assoziiert?
2. Können diese Bakterien als fäkale Biomarker in einem Darmkrebs-Screening-Programm verwendet oder durch serologische Biomarker identifiziert werden?
3. Kann die Identifizierung spezifischer Bakterien zu weiteren Studien zur möglichen Genese der Entstehung und des Wachstums von Darmkrebs führen?

Sekundäre Forschungsfragen:

1. Sind spezifische Bakteriengruppen mit IBD und Divertikulose assoziiert und können diese als fäkale oder serologische Biomarker für Krankheiten verwendet werden?
2. Kann die Behandlung dieser Bakterien oder ihrer Metaboliten die Morbidität im Zusammenhang mit IBD oder Divertikulitis (Entzündung in Divertikeln) verringern?

Studienpopulation und Implementierung

Phase 1: (2017) -2018. Während eines Jahres werden alle Patienten, die für eine Koloskopie im Danderyd's Hospital vorgesehen sind (Stichprobengröße = 2500 Patienten), nacheinander eingeladen, an der Studie teilzunehmen und ihr Einverständnis nach Aufklärung zu geben.

Ausschlusskriterien: Blutungsrisiko (definiert als International Normalized Ratio (INR) > 1,6), schwere Demenz oder Unfähigkeit, Informationen zu verstehen und eine fundierte Entscheidung über die Teilnahme zu treffen.

Patienten, die einer Teilnahme zustimmen, erhalten per Post (2-3 Wochen vor der Darmspiegelung) ein Informationsschreiben über die Studie. Darüber hinaus erhalten alle Patienten auch einen Telefonanruf als Erinnerung an die Studie. Vor der Darmvorbereitung werden die Patienten gebeten, eine Kotprobe zu hinterlassen, die für die Kultur aufbewahrt wird. Die Studienteilnehmer werden außerdem gebeten, einen validierten Fragebogen zu Anamnese, Vorerkrankungen, Ernährung, Lebensgewohnheiten, früheren Darmspiegelungen und Antibiotikabehandlungen auszufüllen. Unmittelbar vor der Darmspiegelung werden vier Blutproben entnommen: Zwei für die Analyse von HbA1c, Hämoglobin und C-reaktivem Protein (CRP) und zwei zur Aufbewahrung im Biobank-Roboter des Krankenhauses zur späteren Analyse von Biomarkern.

Bei der Darmspiegelung werden zusätzlich zur Routinediagnostik Gewebeproben aus der Darmschleimhaut entnommen:

1. Bei allen Patienten werden zwei Biopsien (eine für die DNA-Sequenzierung, eine für die Kultivierung) aus einem gesunden Teil der Dickdarmschleimhaut (vorzugsweise im ersten Teil des Dickdarms) entnommen.
2. Vier Biopsien, zwei (DNA + Kultur) aus pathologischer Darmschleimhaut (Polypen (Adenome) / Darmkrebs / CED/Divertikulose) und zwei (DNA + Kultur) aus dem nahen Bereich der pathologischen Schleimhaut.

Phase 2: 2018-2020.

1. Der Nachweis und die Untersuchung von biologisch wichtigen Bakterien und ihren Metaboliten (Metagenomik und Metabolomik (Untersuchungen chemischer Prozesse unter Beteiligung von Metaboliten)) werden durchgeführt, um Informationen über spezifische bakterielle Gene zu erhalten.
2. Diese Daten werden dann statistisch auf Assoziationen mit verschiedenen kolorektalen Erkrankungen analysiert, wobei Störfaktoren und Expositionen, die in Krankenakten und im Patientenfragebogen verfügbar sind, angepasst werden (siehe unten). Diese Analysen werden uns wichtige neue Informationen über die für die Entstehung von Krebs und Entzündungen relevanten Krankheitsmechanismen liefern.
3. Basierend auf diesen erwarteten Erkenntnissen über spezifische bakterielle Zusammensetzungen in Bezug auf Dickdarmerkrankungen kann mit der Analyse spezifischer Krankheitsmechanismen begonnen werden.
4. Die Möglichkeiten der Verwendung krankheitsspezifischer Bakterienzusammensetzungen als klinischer Marker für Dickdarmerkrankungen werden ebenfalls untersucht. In dieser Teilstudie werden wir den Zusammenhang zwischen Schleimhautmikrobiota und der Mikrobiota im Stuhl untersuchen. Daher wird anhand von Stuhlproben aller Patienten untersucht, ob diese der bakteriellen Zusammensetzung der aus dem pathologischen und gesunden Darmbereich entnommenen Darmschleimhaut entsprechen. Darüber hinaus werden serologische Biomarker in Bezug auf spezifische bakterielle Zusammensetzungen in Schleimhautproben von pathologischen Schleimhäuten bei allen Studienpatienten untersucht.

Proben und Analyse Die Proben werden zunächst in der Biobank des Danderyd-Krankenhauses gelagert und erfasst und anschließend zur DNA-Analyse an das Labor von Science for Life, Karolinska Institutet, geschickt. Die DNA-Analyse (primäre Variablen) bezieht sich auf eine massive parallele Sequenzierung des 16S-rRNA-Gens, die Informationen über die Zusammensetzung der Bakterien in der Probe und die relative Bakterienmenge bis auf Genebene liefert. Die Ergebnisse werden als Diversitätsindex (Shannon-Diversitätsindex oder Alpha-Diversität innerhalb derselben Stichprobe) und Unifrac-Analyse basierend auf der Software QIIME präsentiert. Die letztere Analyse zeigt Unterschiede in der Bakterienzusammensetzung zwischen den Proben – die sogenannte Beta-Diversität. Neben der 16S-Sequenzierung wird an ausgewählten Proben eine so genannte metagenomische Sequenzierung durchgeführt - mit diesem Assay kann man auch Informationen über den spezifischen bakteriellen Gengehalt erhalten und so Erkenntnisse über Pathogenesemechanismen mit Relevanz bis hin zur Krebsentstehung gewinnen. Der validierte Fragebogen zu Ernährungs- und Lebensgewohnheiten wird in Bezug auf das mikrobielle Umfeld (abhängige Variable in dieser Laboranalyse) analysiert.