Analisi metagenomica avanzata del microbiota del colon umano in pazienti con disturbi gastrointestinali cronici

I termini "microflora" intestinale o "microbiota" si riferiscono all'ecosistema microbico che colonizza il tratto gastrointestinale. Strumenti di biologia molecolare recentemente sviluppati suggeriscono che una parte sostanziale delle comunità batteriche all'interno dell'intestino umano deve ancora essere descritta. I batteri intestinali svolgono un ruolo essenziale nello sviluppo e nell'omeostasi del sistema immunitario. La maggior parte di questi importanti microbioti non è coltivabile, il che ha limitato in modo significativo la nostra comprensione del crosstalk batterico-ospite. Tra i metodi progettati per accedere alla fisiologia e alla genetica degli organismi non coltivati, la metagenomica, l'analisi genomica di una popolazione di microrganismi, è emersa come una potente tecnologia. La metagenomica è lo studio del contenuto genomico in una complessa miscela di microrganismi. L'isolamento diretto del DNA genomico da un ambiente elude la coltura degli organismi oggetto di studio. I due obiettivi principali di questo approccio sono sviluppare un consenso su quali popolazioni di microrganismi sono presenti e quindi identificare quali ruoli ha ciascun microrganismo all'interno di un ambiente specifico. I campioni di metagenomica si trovano quasi ovunque, inclusi diversi microambienti all'interno dell'intestino umano, campioni di suolo, ambienti estremi come miniere profonde e vari strati all'interno dell'oceano. Pertanto, si ritiene che la diversità dei microrganismi sia compresa tra centinaia di milioni e oltre decine di trilioni di specie. Tra i microambienti più misteriosi c'è il tratto gastrointestinale umano che ospita più di migliaia di milioni di specie microbiche (almeno 1014), comprese fino a 2000 specie dominate da batteri anaerobici.

Molte delle malattie gastrointestinali o anche di altro tipo (metaboliche come nell'obesità o autoimmuni come nelle allergie) coinvolgono principalmente il microbiota intestinale umano e quindi, in base a specifici cambiamenti nell'equilibrio del microbiota, si verificano alcuni effetti sulla motilità intestinale (come nella sindrome dell'intestino irritabile: IBS ), l'omeostasi del sistema immunitario gastrointestinale (come nella malattia infiammatoria intestinale: IBD) o la proliferazione delle cellule della mucosa (come nell'adenoma - cancro del colon-retto: CRC). Queste malattie croniche colpiscono tutte le nazioni del mondo e rappresentano un onere significativo per la salute pubblica. Possono essere visti tra bambini, adolescenti e adulti. Attualmente non esiste una cura medica per IBS, IBD o CRC una volta che si sviluppano.

Le complesse interazioni tra fattori microbici, genetici, immunitari e ambientali sembrano svolgere un ruolo importante nella patogenesi di IBS, IBD e CRC. Ultimamente, l'IBS post-infettiva ha acquisito una crescente attenzione, al punto che l'intera patogenesi dell'IBS potrebbe essere attribuita a uno specifico fattore scatenante dello squilibrio del microbiota. La teoria prevalente è che l'IBD sia correlata a una barriera mucosa alterata con una risposta immunitaria deregolata diretta contro specifiche modifiche nel normale microbiota che portano all'alterazione del suo equilibrio. L'eziologia dell'IBD può quindi essere concettualizzata come una risposta immunologica aberrante a un componente o componenti modificati del microbiota intestinale potenzialmente a seguito di un insulto ambientale. Allo stesso modo, il processo di sviluppo del CRC dalla normale superficie della mucosa all'adenoma e infine al CRC; è probabilmente correlato al microbiota intestinale.

È stato documentato che la prevalenza di queste malattie ha subito un evidente aumento in Arabia Saudita negli ultimi 3 decenni. Questo rappresenterebbe un modello unico per studiare il ruolo del microbiota GIT o la loro metagenomica e le loro modifiche in risposta a fattori ambientali o dietetici in questa comunità che è entrata nell'urbanizzazione abbastanza di recente, e quindi analizzare le loro relazioni causali con le malattie focus.

Qui, proponiamo di eseguire un'analisi completa del microbiota del tratto gastrointestinale e del suo contributo all'omeostasi intestinale in soggetti normali e pazienti con IBS, IBD e CRC utilizzando la tecnologia metagenomica all'avanguardia. Questo sarà fatto su un campione di popolazione saudita che riteniamo rappresenti un modello unico.

I nostri obiettivi specifici per questo progetto sono:

• Caratterizzare la composizione del microbiota (microbi e virus) della mucosa di pazienti sauditi con IBS, IBD e CRC.
• Caratterizza la metagenomica GI mobile dei pazienti sauditi con IBS, IBD e CRC.
• Confronta la metagenomica dei pazienti con IBS, IBD e CRC tra loro e con soggetti normali della stessa popolazione.

Risultati attesi e significato della ricerca:

Complessivamente, i risultati degli obiettivi 1 e 2 forniranno per la prima volta un'analisi completa e approfondita del microbiota associato alla mucosa di pazienti adulti con IBS, IBD e CRC nella popolazione saudita. Lo studio proposto definirà una "impronta digitale" del microbiota per le norme saudite, IBS, IBD e CRC. Il contributo del viroma e del metagenoma mobile nello sviluppo di queste malattie e/o nel mantenimento della salute sarà valutato per la prima volta e quindi ha il potenziale per rivelare nuovi paradigmi. Inoltre, lo studio del viroma e del metagenoma mobile ci aiuterà a comprendere le forze selettive che potrebbero contribuire all'alterazione e all'evoluzione della comunità del microbiota e quindi potrebbero avere importanti implicazioni per il trattamento delle malattie. Certamente, il lavoro qui proposto aprirà la strada a future ricerche guidate da ipotesi che potrebbero portare alla progettazione di strategie terapeutiche volte a manipolare la comunità microbica.