Composizione del microbiota intestinale nei bambini ispanici e non ispanici.

I. OBIETTIVI SPECIFICI Nel tratto gastrointestinale (GI) umano è presente un vasto numero di microbi, inclusi microrganismi batterici, fungini e protozoari che tutti insieme costituiscono il nostro microbioma. Negli ultimi anni le prove hanno dimostrato che il microbioma gastrointestinale è collegato alla nostra salute generale, compreso il rischio di obesità. Il microbiota gastrointestinale può influenzare entrambi i lati del bilancio energetico che include fattori che influenzano l'utilizzo dell'energia dalla dieta e fattori che svolgono un ruolo nella regolazione del dispendio energetico e dell'immagazzinamento influenzando i geni dell'ospite (1, 2). Studi hanno dimostrato che i tassi di sovrappeso e obesità sono tra i più alti per i bambini ispanici negli Stati Uniti. Si stima che negli Stati Uniti il ​​47% dei bambini ispanici sia in sovrappeso e il 31% sia obeso, rispetto al 35% e al 21% rispettivamente dei bambini caucasici non ispanici. La letteratura ha dimostrato che i fattori ambientali sono associati all'obesità infantile nei bambini ispanici, tra cui: influenze dei genitori, tempo davanti allo schermo, comportamento durante l'attività fisica, stato socioeconomico/sicurezza alimentare e durata del sonno (3,4). Finora non sono stati condotti studi che abbiano indagato se vi siano differenze significative nel microbioma intestinale dei bambini ispanici; inoltre, se queste differenze (tassonomia o espressione genica) li mettono a maggior rischio di sviluppare obesità rispetto ad altri gruppi etnici.

I ricercatori prevedono che ci siano differenze significative del microbioma gastrointestinale tra bambini caucasici non ispanici e bambini ispanici.

Obiettivo: confermare le differenze nel microbioma tra bambini caucasici non ispanici (con e senza obesità) e bambini ispanici (con e senza obesità) in questo studio pilota.

Ipotesi: i bambini ispanici avranno una minore diversità batterica fecale rispetto ai bambini caucasici non ispanici che è associata a una maggiore adiposità complessiva e a una ridotta omeostasi del glucosio determinata da:

A) Sequenziamento metagenomico di nuova generazione "intero genoma/fucile da caccia" del DNA da campioni fecali di coorti che include bambini ispanici con obesità, bambini ispanici senza obesità, bambini caucasici non ispanici con obesità e bambini caucasici non ispanici senza obesità.

B) Analisi computazionale bioinformatica che confronta i quattro gruppi per determinare l'abbondanza di beta diversità (tassonomica relativa).

II. BACKGROUND E SIGNIFICATO L'obesità è un grave rischio per la salute negli Stati Uniti. La prevalenza dell'obesità infantile è aumentata negli ultimi due decenni. Secondo il Dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati Uniti, dati recenti hanno mostrato che la prevalenza dell'obesità è più alta tra i giovani di età compresa tra 6 e 11 anni e gli adolescenti di età compresa tra 12 e 19 anni rispetto ai bambini di età compresa tra 2 e 5 anni. La popolazione ispanica è tra i gruppi etnici più colpiti negli Stati Uniti. Circa il 47% dei bambini ispanici è in sovrappeso e il 31% è obeso. È stato riscontrato che molteplici fattori svolgono un ruolo nello sviluppo dell'obesità infantile nei bambini ispanici, tra cui: influenze dei genitori, tempo davanti allo schermo, comportamento dell'attività fisica, stato socioeconomico / sicurezza alimentare e durata del sonno.

Negli ultimi anni c'è stato un interesse di ricerca per comprendere lo sviluppo e la patogenesi dell'obesità. Studi recenti hanno scoperto che il microbiota intestinale svolge un ruolo importante nell'innesco e nello sviluppo dell'obesità. Il microbiota gastrointestinale può influenzare entrambi i lati del bilancio energetico che include fattori che influenzano l'utilizzo dell'energia dalla dieta e fattori che svolgono un ruolo nella regolazione del dispendio energetico e dell'immagazzinamento influenzando i geni dell'ospite. In uno studio di Hou, hanno valutato il gene 16S rRNA, gli enterotipi e la quantità di microbiota intestinale tra bambini obesi e una coorte di controllo sana. In questo studio hanno scoperto che la composizione del microbiota intestinale mostrava differenze significative tra bambini obesi e controlli sani. I risultati hanno indicato che i phyla di Firmicutes e Bacteroidetes erano il microbioma fecale predominante in entrambe le coorti, ma il rapporto di abbondanza relativa di Firmicutes e Bacteroidetes (F/B) nella coorte obesa era significativamente più alto di quello dei controlli sani. Firmicutes è associato a geni coinvolti nel catabolismo dei carboidrati ed è ricco di individui obesi, mentre Bacteroidetes è collegato a una massa corporea ridotta.

Al momento non sono stati condotti studi che abbiano indagato se vi siano differenze significative nel microbioma intestinale dei bambini ispanici; inoltre, se queste differenze (tassonomia o espressione genica) li mettono a maggior rischio di sviluppare obesità rispetto ad altri gruppi etnici. Il team di studio ritiene che sia importante identificare possibili differenze di microbioma nella popolazione ispanica che potrebbero esporli a un rischio maggiore di sviluppare l'obesità infantile.

III. DISEGNO E METODI DELLA RICERCA COMPRESA L'ANALISI STATISTICA Soggetti di studio / Disegno sperimentale Gli investigatori recluteranno e arruoleranno 4 coorti di cui 6 bambini ispanici con obesità, 6 bambini ispanici senza obesità, 6 bambini caucasici non ispanici con obesità e 6 bambini caucasici non ispanici senza obesità . L'obesità sarà definita come un BMI >95%. L'età di iscrizione sarà compresa tra 6 e 12 anni. Gli investigatori otterranno le caratteristiche di base al momento dell'arruolamento, comprese le misure antropometriche (peso, lunghezza, indice di massa corporea), la storia della dieta (compreso il diario di richiamo di 24 ore e un questionario sulla frequenza alimentare) e la storia dell'attività fisica (questionario sull'attività fisica). Gli investigatori otterranno la storia del farmaco, inclusa la storia dell'uso di antibiotici, steroidi e probiotici.

Misurazione dell'attività dietetica e fisica Alla raccolta fecale, gli investigatori otterranno informazioni dietetiche per il paziente utilizzando un questionario sulla frequenza alimentare di 30 alimenti e un diario di richiamo alimentare di 24 ore. I registri dietetici saranno analizzati utilizzando il software Nutrient Data System for Research (Minneapolis, MN). Gli investigatori determineranno l'assunzione di macro e micronutrienti, nonché i modelli di assunzione dietetica utilizzando la classe latente (approccio centrato sulla persona) e l'analisi dei fattori (approccio basato sui dati).

Gli investigatori raccoglieranno dati sull'attività fisica sul paziente utilizzando il questionario sull'attività fisica per i bambini più grandi (PAQ-C) e analizzeranno con i coefficienti di correlazione di Spearman. La gestione dei dati clinici sarà responsabilità del ricercatore principale e del borsista GI/co-ricercatore e utilizzerà un database sicuro, REDCap, attraverso il sistema REDCap di Nemours.

Raccolta di campioni fecali Con il permesso del genitore/tutore, le feci raccolte in un contenitore sterile saranno portate entro 12 ore dalla defecazione da casa o dall'ambulatorio a un laboratorio clinico separato dove le feci saranno raccolte attraverso l'uso di FLOQswab brush x 3 (Copan Diagnostics, Murrieta, CA) I tamponi saranno pre-etichettati con un codice anonimizzato che riflette il numero del paziente, il numero del campione e la data e il campione verrà posto in ghiaccio secco quindi trasferito in un congelatore a -80 gradi Celsius fino al recupero da parte del personale di ricerca per il trasferimento al CHOP Microbiome Center.

Isolamento del DNA batterico Il DNA verrà estratto dai campioni utilizzando il kit DNeasy PowerSoil seguendo le istruzioni del produttore (Qiagen, Germantown, MD). Librerie shotgun saranno generate da 1 ng di DNA utilizzando il kit NexteraXT (Illumina, San Diego, CA, USA). Le librerie saranno sequenziate su un Illumina HiSeq 2500 utilizzando la chimica 2x125bp in modalità High Output.

Elaborazione bioinformatica e analisi statistica Le differenze nell'aumento di peso, HgbA1c, attività fisica associata alle registrazioni della dieta nutrizionale o altri risultati saranno valutate utilizzando il test t o il test U di Mann Whitney, aggiustando per le covariate. La relazione tra dati nutrizionali e risultati sarà ulteriormente esaminata utilizzando modelli a effetti misti, adattandosi all'effetto dell'attività fisica chiave o delle variabili dietetiche.

I file FASTQ saranno analizzati utilizzando una pipeline computazionale consolidata sviluppata presso Nemours.