Geavanceerde metagenomische analyse van menselijke colonmicrobiota bij patiënten met chronische gastro-intestinale aandoeningen

De termen intestinale "microflora" of "microbiota" verwijzen naar het microbiële ecosysteem dat het maagdarmkanaal koloniseert. Recent ontwikkelde moleculair-biologische instrumenten suggereren dat een substantieel deel van de bacteriële gemeenschappen in de menselijke darm nog moet worden beschreven. Darmbacteriën spelen een essentiële rol bij de ontwikkeling en homeostase van het immuunsysteem. De meeste van deze belangrijke microbiota zijn onkweekbaar, wat ons begrip van overspraak tussen bacteriën en gastheer aanzienlijk heeft beperkt. Onder de methoden die zijn ontworpen om toegang te krijgen tot de fysiologie en genetica van niet-gecultiveerde organismen, is metagenomics, de genomische analyse van een populatie van micro-organismen, naar voren gekomen als een krachtige technologie. Metagenomics is de studie van genomische inhoud in een complex mengsel van micro-organismen. Directe isolatie van genomisch DNA uit een omgeving omzeilt het kweken van de bestudeerde organismen. De twee belangrijkste doelen van deze benadering zijn het ontwikkelen van een consensus over welke populaties micro-organismen aanwezig zijn en vervolgens te identificeren welke rol elk micro-organisme heeft binnen een specifieke omgeving. Metagenomics-monsters zijn bijna overal te vinden, inclusief verschillende micro-omgevingen in de menselijke darm, bodemmonsters, extreme omgevingen zoals diepe mijnen en de verschillende lagen in de oceaan. Daarom wordt aangenomen dat de diversiteit van micro-organismen in het bereik van honderden miljoenen tot meer dan tientallen biljoenen soorten ligt. Een van de meest mysterieuze micro-omgevingen is het menselijke maagdarmkanaal dat meer dan duizenden miljoenen microbiële soorten herbergt (minstens 1014), waaronder tot 2000 soorten die worden gedomineerd door anaërobe bacteriën.

Veel van de gastro-intestinale of zelfs andere ziekten (metabool zoals bij obesitas, of auto-immuunziekten zoals bij allergieën) hebben voornamelijk betrekking op de menselijke darmmicrobiota en vervolgens, volgens specifieke veranderingen in het microbiota-evenwicht, treden bepaalde effecten op op de darmmotiliteit (zoals bij het prikkelbare darmsyndroom: IBS ), homeostase van het GI-immuunsysteem (zoals bij inflammatoire darmziekte: IBD), of mucosale celproliferatie (zoals bij adenoom - colorectale kanker: CRC). Deze chronische ziekten treffen alle landen over de hele wereld en vormen een aanzienlijke last voor de volksgezondheid. Ze kunnen worden gezien bij kinderen, adolescenten en volwassenen. Momenteel is er geen medische remedie voor IBS, IBD of CRC zodra ze zich ontwikkelen.

De complexe interacties tussen microbiële, genetische, immuun- en omgevingsfactoren lijken een belangrijke rol te spelen in de pathogenese van IBS, IBD en CRC. De laatste tijd hebben post-infectieuze IBS steeds meer aandacht gekregen, in die mate dat de hele pathogenese van IBS kan worden toegeschreven aan een specifieke uitlokkende factor van onbalans in de microbiota. De heersende theorie is dat IBD gerelateerd is aan een veranderde mucosale barrière met een gedereguleerde immuunrespons gericht tegen specifieke modificaties in de normale microbiota die leiden tot de verandering van het evenwicht. De etiologie van IBD kan daarom worden geconceptualiseerd als een afwijkende immunologische reactie op een gemodificeerde component of componenten van de darmmicrobiota, mogelijk volgend op een milieubeschadiging. Evenzo het ontwikkelingsproces van CRC van normaal slijmvliesoppervlak naar adenoom en uiteindelijk naar CRC; is waarschijnlijk gerelateerd aan de darmmicrobiota.

Er is gedocumenteerd dat de prevalentie van deze ziekten de afgelopen 3 decennia duidelijk is toegenomen in Saoedi-Arabië. Dit zou een uniek model zijn om de rol van GIT-microbiota of hun metagenomica en hun modificaties als reactie op omgevings- of voedingsfactoren in deze gemeenschap die vrij recentelijk in verstedelijking is gegaan, te bestuderen, en vervolgens hun oorzakelijke relaties met de focusziekten te analyseren.

Hier stellen we voor om een ​​uitgebreide analyse uit te voeren van de microbiota van het maagdarmkanaal en zijn bijdrage aan de darmhomeostase bij normale proefpersonen en patiënten met IBS, IBD en CRC door gebruik te maken van de modernste metagenomica-technologie. Dit zal worden gedaan op een Saoedische bevolkingssteekproef die volgens ons een uniek model vertegenwoordigt.

Onze specifieke doelstellingen voor dit project zijn:

• Karakteriseer de samenstelling van de microbiota (microben en virussen) van het slijmvlies van Saoedische patiënten met IBS, IBD en CRC.
• Karakteriseer de mobiele GI-metagenomica van Saoedische patiënten met IBS, IBD en CRC.
• Vergelijk de metagenomics van IBS-, IBD- en CRC-patiënten met elkaar en met normale proefpersonen uit dezelfde populatie.

Verwachte resultaten en betekenis van onderzoek:

Al met al zullen de resultaten van doelen 1 en 2 voor het eerst een uitgebreide en diepgaande analyse opleveren van de mucosa-geassocieerde microbiota van volwassen patiënten met IBS, IBD en CRC in de Saoedische bevolking. De voorgestelde studie zal een microbiota "vingerafdruk" definiëren voor Saoedische normen, IBS, IBD en CRC. De bijdrage van viroom en het mobiele metagenoom aan de ontwikkeling en/of instandhouding van deze ziekten zal voor het eerst worden beoordeeld en heeft dus het potentieel om nieuwe paradigma's te onthullen. Bovendien zal de studie van het viroom en het mobiele metagenoom ons helpen de selectieve krachten te begrijpen die kunnen bijdragen aan de verandering en evolutie van de microbiota-gemeenschap en dus belangrijke implicaties kunnen hebben voor de behandeling van de ziekten. Zeker, het hier voorgestelde werk zal de weg vrijmaken voor toekomstig hypothesegestuurd onderzoek dat zou kunnen leiden tot het ontwerp van therapeutische strategieën gericht op het manipuleren van de microbiële gemeenschap.