De associatie tussen de microbiologische omgeving bij colon- en colorectale aandoeningen

Projectbeschrijving Algemene hypothese: De microbiële omgeving van de dikke darm correleert met darmpathologie en is relevant voor de ontwikkeling en voortgang van colorectale aandoeningen.

Onderzoeksvragen en uitkomsten:

In fase 1 (jaar 1, hypothesegenererende fase) zal de associatie tussen specifieke bacteriën en de volgende ziekten worden onderzocht: colorectale ziekte (colorectale kanker/poliepen, adenomen (precancereuze laesies), inflammatoire darmziekte (IBD) en diverticulosis) .

Onderzoeksvragen:

1. Is de micro-omgeving van het darmslijmvlies in en rond weefsel met adenomen/colorectaal adenocarcinoom, IBD en diverticulose gekoloniseerd met een bacterieset die verschilt van gezond slijmvlies?
2. Beïnvloeden leeftijd, geslacht en levens-/voedingsgewoonten verschillende soorten bacteriële samenstelling?

In fase 2 (jaar 2-3) streven we ernaar om specifieke bacteriële biomarkers te identificeren die kunnen worden gebruikt als screeningtools, en de basis leggen voor toekomstige nieuwe behandelingen voor colorectale aandoeningen.

Primaire onderzoeksvragen:

1. Zijn specifieke bacteriële sets geassocieerd met vroege vorming van adenoom en colorectale kanker?
2. Kunnen deze bacteriën worden gebruikt als fecale biomarkers in een colorectaal screeningsprogramma voor kanker of worden geïdentificeerd door serologische biomarkers?
3. Kan de identificatie van specifieke bacteriën leiden tot verder onderzoek naar de mogelijke genese van het ontstaan ​​en de groei van dikkedarmkanker?

Secundaire onderzoeksvragen:

1. Zijn specifieke bacteriële sets geassocieerd met IBD en diverticulosis en kunnen deze worden gebruikt als fecale of serologische biomarkers voor ziekte?
2. Kan behandeling van deze bacteriën of hun metabolieten de incidentie van morbiditeit met betrekking tot IBD of diverticulitis (ontsteking in divertikels) verminderen?

Onderzoekspopulatie en uitvoering

Fase 1: (2017) -2018. Gedurende een jaar zullen alle patiënten die zijn ingepland voor colonoscopie in het Danderyd's Hospital (steekproefgrootte = 2500 patiënten) achtereenvolgens worden uitgenodigd om deel te nemen aan de studie en geïnformeerde toestemming te geven.

Uitsluitingscriteria: Bloedingsrisico (gedefinieerd als een International Normalized Ratio (INR) > 1,6), ernstige dementie of onvermogen om informatie te begrijpen en een weloverwogen beslissing te nemen over deelname.

Patiënten die akkoord gaan met deelname ontvangen per post een informatiebrief over het onderzoek (2-3 weken voor colonoscopie). Daarnaast krijgen alle patiënten ook een telefoontje als herinnering aan het onderzoek. Voorafgaand aan de darmvoorbereiding wordt de patiënt gevraagd een fecesmonster achter te laten dat wordt bewaard voor kweek. Studiedeelnemers zullen ook worden gevraagd om een ​​gevalideerde vragenlijst in te vullen over medische geschiedenis, eerdere ziekten, voeding, levensstijl, eerdere colonoscopieën en antibioticabehandeling. Vlak voor het coloscopieonderzoek worden vier bloedmonsters genomen: twee voor analyse van HbA1c, hemoglobine en C-reactief proteïne (CRP) en twee voor opslag in de biobankrobot van het ziekenhuis voor latere analyse van biomarkers.

Tijdens colonoscopie worden naast routinematige diagnostische weefselmonsters weefselmonsters genomen van het colonslijmvlies:

1. Bij alle patiënten zullen twee biopsieën worden genomen (één voor DNA-sequencing, één voor kweek) van een gezond deel van het colonslijmvlies (bij voorkeur in het eerste deel van de dikke darm).
2. Vier biopten, twee (DNA + kweek) van pathologisch colonslijmvlies (poliep (adenomen) / darmkanker / IBD/diverticulose) en twee (DNA + kweek) in het nabije gebied van het pathologische slijmvlies.

Fase 2: 2018-2020.

1. Detectie en onderzoek van biologisch belangrijke bacteriën en hun metabolieten (metagenomics en metabolomics (studies van chemische processen waarbij metabolieten betrokken zijn)) zal worden uitgevoerd voor informatie over specifieke bacteriële genen.
2. Deze gegevens worden vervolgens statistisch geanalyseerd op eventuele associaties met verschillende colorectale aandoeningen, waarbij wordt gecorrigeerd voor confounding en blootstellingen die beschikbaar zijn in medische dossiers en in de patiëntenvragenlijst (zie hieronder). Deze analyses zullen ons belangrijke nieuwe informatie verschaffen over de pathogene mechanismen die relevant zijn voor de ontwikkeling van kanker en ontstekingen.
3. Op basis van deze verwachte bevindingen van specifieke bacteriële samenstellingen in relatie tot colonziekte, kunnen specifieke ziektemechanismen worden geanalyseerd.
4. Ook zullen de mogelijkheden worden onderzocht om ziektespecifieke bacteriële samenstellingen te gebruiken als klinische marker voor colonziekte. Tijdens dit deelonderzoek kijken we naar het verband tussen mucosale microbiota en de microbiota in de feces. Zo zullen ontlastingsmonsters van alle patiënten worden gebruikt om na te gaan of deze overeenkomen met de bacteriële samenstelling van het colonslijmvlies bemonsterd uit het pathologische en gezonde darmgebied. Daarnaast zullen serologische biomarkers worden onderzocht in relatie tot specifieke bacteriële samenstellingen in mucosale monsters van pathologische mucosa bij alle studiepatiënten.

Monsters en analyse De monsters worden eerst opgeslagen en geregistreerd in de biobank van het Danderyd Hospital en worden daarna voor DNA-analyse verzonden naar het Science for Life-laboratorium, Karolinska Institutet. De DNA-analyse (primaire variabelen) heeft betrekking op massale parallelle sequencing van het 16S rRNA-gen dat informatie geeft over de samenstelling van bacteriën in het monster en de relatieve hoeveelheid bacteriën tot op genniveau. De resultaten worden gepresenteerd als een diversiteitsindex (Shannon-diversiteitsindex of alfa-diversiteit binnen hetzelfde monster) en Unifrac-analyse op basis van de software QIIME. De laatste analyse toont verschillen in bacteriesamenstelling tussen monsters - de zogenaamde bèta-diversiteit. Naast 16S-sequencing zal zogenaamde metagenomische sequencing worden uitgevoerd op geselecteerde monsters - met deze assay kan men ook informatie krijgen over de specifieke bacteriële geninhoud en zo kennis opdoen van pathogene mechanismen met relevantie voor onder meer de ontwikkeling van kanker. De gevalideerde vragenlijst van voedings- en leefgewoonten zal worden geanalyseerd in relatie tot de microbiële omgeving (afhankelijke variabele in deze laboratoriumanalyse).