Zusammensetzung der Darmmikrobiota bei hispanischen und nicht-hispanischen Kindern.

I. SPEZIFISCHE ZIELE Im menschlichen Magen-Darm-Trakt (GI) gibt es eine große Anzahl von Mikroben, darunter Bakterien, Pilze und Protozoen, die zusammen unser Mikrobiom bilden. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass das Mikrobiom des Gastrointestinaltrakts mit unserer allgemeinen Gesundheit, einschließlich des Risikos von Fettleibigkeit, zusammenhängt. Die Mikrobiota des Gastrointestinaltrakts kann beide Seiten der Energiebilanz beeinflussen, einschließlich Faktoren, die die Energienutzung aus der Nahrung beeinflussen, und Faktoren, die durch Beeinflussung der Wirtsgene eine Rolle bei der Regulierung des Energieverbrauchs und der Energiespeicherung spielen (1, 2). Studien haben gezeigt, dass die Übergewichts- und Fettleibigkeitsraten bei hispanischen Kindern in den Vereinigten Staaten zu den höchsten gehören. Es wird geschätzt, dass in den USA 47 % der hispanischen Kinder übergewichtig und 31 % an Fettleibigkeit leiden, verglichen mit 35 % bzw. 21 % bei kaukasischen nicht-hispanischen Kindern. Die Literatur hat gezeigt, dass Umweltfaktoren mit Fettleibigkeit im Kindesalter bei hispanischen Kindern verbunden sind, darunter: elterliche Einflüsse, Bildschirmzeit, Verhalten bei körperlicher Aktivität, sozioökonomischer Status/Ernährungssicherheit und Schlafdauer (3,4). Bisher gibt es keine Studien, die untersucht haben, ob es signifikante Unterschiede im Darmmikrobiom hispanischer Kinder gibt; darüber hinaus, ob diese Unterschiede (Taxonomie oder Genexpression) sie im Vergleich zu anderen ethnischen Gruppen einem höheren Risiko für die Entwicklung von Fettleibigkeit aussetzen.

Die Forscher gehen davon aus, dass es erhebliche Unterschiede im GI-Mikrobiom zwischen kaukasischen nicht-hispanischen Kindern und hispanischen Kindern gibt.

Ziel: Unterschiede im Mikrobiom zwischen kaukasischen nicht-hispanischen Kindern (mit und ohne Fettleibigkeit) und hispanischen Kindern (mit und ohne Fettleibigkeit) in dieser Pilotstudie bestätigen.

Hypothese: Hispanische Kinder weisen im Vergleich zu kaukasischen nicht-hispanischen Kindern eine geringere Bakterienvielfalt im Stuhl auf, was mit insgesamt mehr Adipositas und einer beeinträchtigten Glukosehomöostase verbunden ist, bestimmt durch:

A) Metagenomische „Gesamtgenom/Schrotflinten“-Sequenzierung der DNA aus Stuhlproben von Kohorten der nächsten Generation, zu denen hispanische Kinder mit Fettleibigkeit, hispanische Kinder ohne Fettleibigkeit, kaukasische nicht-hispanische Kinder mit Fettleibigkeit und kaukasische nicht-hispanische Kinder ohne Fettleibigkeit gehören.

B) Bioinformatische Computeranalyse, die die vier Gruppen vergleicht, um die Beta-Diversitätshäufigkeit (relative taxonomische Häufigkeit) zu bestimmen.

II. HINTERGRUND UND BEDEUTUNG Fettleibigkeit ist in den Vereinigten Staaten ein ernstes Gesundheitsrisiko. Die Prävalenz von Fettleibigkeit bei Kindern hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen. Nach Angaben des US-Gesundheitsministeriums zeigten aktuelle Daten, dass die Prävalenz von Fettleibigkeit bei Jugendlichen im Alter von 6 bis 11 Jahren und Jugendlichen im Alter von 12 bis 19 Jahren höher ist als bei Kindern im Alter von 2 bis 5 Jahren. Die hispanische Bevölkerung gehört zu den am stärksten betroffenen ethnischen Gruppen in den Vereinigten Staaten. Ungefähr 47 % der hispanischen Kinder sind übergewichtig und 31 % leiden an Fettleibigkeit. Es wurde festgestellt, dass mehrere Faktoren eine Rolle bei der Entwicklung von Fettleibigkeit bei hispanischen Kindern im Kindesalter spielen, darunter: elterliche Einflüsse, Bildschirmzeit, Verhalten bei körperlicher Aktivität, sozioökonomischer Status/Ernährungssicherheit und Schlafdauer.

In den letzten Jahren gab es ein Forschungsinteresse daran, die Entstehung und Pathogenese von Fettleibigkeit zu verstehen. Jüngste Studien haben ergeben, dass die Darmmikrobiota eine wichtige Rolle bei der Auslösung und Entwicklung von Fettleibigkeit spielt. Die GI-Mikrobiota kann beide Seiten des Energiegleichgewichts beeinflussen. Dazu gehören Faktoren, die die Energienutzung aus der Nahrung beeinflussen, und Faktoren, die durch Beeinflussung der Wirtsgene eine Rolle bei der Regulierung des Energieverbrauchs und der Energiespeicherung spielen. In einer Studie von Hou untersuchten sie das 16S-rRNA-Gen, die Enterotypen und die Menge der Darmmikrobiota bei adipösen Kindern und einer gesunden Kontrollkohorte. In dieser Studie fanden sie heraus, dass die Zusammensetzung der Darmmikrobiota signifikante Unterschiede zwischen adipösen Kindern und gesunden Kontrollpersonen aufwies. Die Ergebnisse zeigten, dass die Phyla von Firmicutes und Bacteroidetes in beiden Kohorten das vorherrschende fäkale Mikrobiom waren, das relative Häufigkeitsverhältnis von Firmicutes und Bacteroidetes (F/B) in der adipösen Kohorte jedoch deutlich höher war als in den gesunden Kontrollpersonen. Firmicutes sind mit Genen verbunden, die am Kohlenhydratkatabolismus beteiligt sind, und kommen bei adipösen Personen häufig vor, während Bacteroidetes mit einer verminderten Körpermasse in Verbindung gebracht wird.

Bisher gab es keine Studien, die untersucht haben, ob es signifikante Unterschiede im Darmmikrobiom hispanischer Kinder gibt; darüber hinaus, ob diese Unterschiede (Taxonomie oder Genexpression) sie im Vergleich zu anderen ethnischen Gruppen einem höheren Risiko für die Entwicklung von Fettleibigkeit aussetzen. Das Studienteam hält es für wichtig, mögliche Mikrobiomunterschiede in der hispanischen Bevölkerung zu identifizieren, die sie einem höheren Risiko für die Entwicklung von Fettleibigkeit bei Kindern aussetzen könnten.

III. FORSCHUNGSDESIGN UND -METHODEN, EINSCHLIESSLICH STATISTISCHER ANALYSE Studienteilnehmer/Experimentelles Design Die Forscher werden 4 Kohorten rekrutieren und einschreiben, darunter 6 hispanische Kinder mit Fettleibigkeit, 6 hispanische Kinder ohne Fettleibigkeit, 6 kaukasische nicht-hispanische Kinder mit Fettleibigkeit und 6 kaukasische nicht-hispanische Kinder ohne Fettleibigkeit . Als Adipositas gilt ein BMI > 95 %. Das Anmeldealter liegt zwischen 6 und 12 Jahren. Die Forscher erhalten zum Zeitpunkt der Einschreibung grundlegende Merkmale, einschließlich anthropometrischer Messungen (Gewicht, Länge, BMI), Ernährungsgeschichte (einschließlich 24-Stunden-Erinnerungstagebuch und Fragebogen zur Häufigkeit von Nahrungsmitteln) und Geschichte der körperlichen Aktivität (Fragebogen zur körperlichen Aktivität). Die Ermittler erhalten eine Medikamentengeschichte, einschließlich der Geschichte der Verwendung von Antibiotika, Steroiden und Probiotika.

Messung der Ernährung und der körperlichen Aktivität Bei der Stuhlentnahme erhalten die Forscher Informationen zur Ernährung des Patienten anhand eines Fragebogens zur Häufigkeit von Nahrungsmitteln mit 30 Nahrungsmitteln und eines 24-Stunden-Tagebuchs zum Rückruf von Nahrungsmitteln. Ernährungsaufzeichnungen werden mit der Nutrient Data System for Research-Software (Minneapolis, MN) analysiert. Die Forscher werden die Aufnahme von Makro- und Mikronährstoffen sowie die Muster der Nahrungsaufnahme anhand der latenten Klassenanalyse (personenzentrierter Ansatz) sowie der Faktoranalyse (datenbasierter Ansatz) bestimmen.

Die Forscher sammeln Daten zur körperlichen Aktivität des Patienten mithilfe des Fragebogens zur körperlichen Aktivität für ältere Kinder (PAQ-C) und analysieren mit Spearman-Korrelationskoeffizienten. Die klinische Datenverwaltung liegt in der Verantwortung des Hauptprüfers und des GI-Stipendiaten/Co-Prüfers und nutzt eine sichere Datenbank, REDCap, über das REDCap-System von Nemours.

Entnahme von Stuhlproben Mit Genehmigung der Eltern/Erziehungsberechtigten wird der in einem sterilen Behälter gesammelte Stuhl innerhalb von 12 Stunden nach dem Stuhlgang von zu Hause oder aus der Ambulanz in ein separates klinisches Labor gebracht, wo der Stuhl mithilfe der FLOQswab-Bürste x 3 (Copan) gesammelt wird Diagnostics, Murrieta, CA) Die Abstrichtupfer werden mit einem nicht identifizierten Code vorbeschriftet, der die Patientennummer, die Probennummer und das Datum widerspiegelt. Die Probe wird in Trockeneis gegeben und dann bis zur Entnahme durch den Patienten in einen Gefrierschrank mit -80 Grad Celsius überführt Forschungspersonal für den Transfer zum CHOP Microbiome Center.

Bakterielle DNA-Isolierung DNA wird aus Proben mit dem DNeasy PowerSoil-Kit unter Verwendung der Anweisungen des Herstellers (Qiagen, Germantown, MD) extrahiert. Shotgun-Bibliotheken werden aus 1 ng DNA mit dem NexteraXT-Kit (Illumina, San Diego, CA, USA) generiert. Bibliotheken werden auf einem Illumina HiSeq 2500 mit 2x125-bp-Chemie im High-Output-Modus sequenziert.

Bioinformatische Verarbeitung und statistische Analyse. Unterschiede in der Gewichtszunahme, HgbA1c, körperlicher Aktivität im Zusammenhang mit Ernährungs- und Ernährungsaufzeichnungen oder anderen Ergebnissen werden mithilfe des T-Tests oder des Mann-Whitney-U-Tests unter Berücksichtigung von Kovariaten bewertet. Die Beziehung zwischen Ernährungsaufzeichnungen und -ergebnissen wird mithilfe von Mixed-Effects-Modellen weiter untersucht, wobei die Auswirkungen wichtiger körperlicher Aktivität oder Ernährungsvariablen berücksichtigt werden.

FASTQ-Dateien werden mithilfe einer etablierten, bei Nemours entwickelten Rechenpipeline analysiert.