Foreningen mellom det mikrobiologiske miljøet ved tykktarms- og kolorektal sykdom

Prosjektbeskrivelse Overordnet hypotese: Kolonmikrobielle miljø korrelerer med tarmpatologi og er relevant for utvikling og fremgang av tykktarmssykdom.

Forskningsspørsmål og resultater:

I fase 1 (år 1, hypotesegenererende fase), vil assosiasjonen mellom spesifikke bakterier og følgende sykdommer undersøkes: tykktarmssykdom (kolorektal kreft/polypper, adenomer (pre-cancerøse lesjoner), inflammatorisk tarmsykdom (IBD) og divertikulose) .

Forskningsspørsmål:

1. Er mikromiljøet i tarmslimhinnen i og rundt vev med adenomer/kolorektalt adenokarsinom, IBD og divertikulose kolonisert med et bakteriesett forskjellig fra sunn slimhinne?
2. Påvirker alder, kjønn og livs-/kostholdsvaner ulike typer bakteriesammensetning?

I fase 2 (år 2-3) har vi som mål å identifisere spesifikke bakterielle biomarkører som kan brukes som screeningsverktøy, og legge grunnlaget for fremtidige nye behandlinger for tykktarmssykdom.

Primære forskningsspørsmål:

1. Er spesifikke bakteriesett assosiert med tidlig dannelse av adenom og tykktarmskreft?
2. Kan disse bakteriene brukes som fekale biomarkører i et kolorektal screeningprogram for kreft eller identifiseres av serologiske biomarkører?
3. Kan identifisering av spesifikke bakterier føre til ytterligere studier om mulig opprinnelse av fremveksten og veksten av tykktarmskreft?

Sekundære forskningsspørsmål:

1. Er spesifikke bakteriesett assosiert med IBD og divertikulose og kan de brukes som fekale eller serologiske biomarkører for sykdom?
2. Kan behandling av disse bakteriene eller deres metabolitter redusere forekomsten av sykelighet i forhold til IBD eller divertikulitt (betennelse i divertikler)?

Studiepopulasjon og gjennomføring

Fase 1: (2017) -2018. I løpet av ett år vil alle pasienter som er planlagt til koloskopi ved Danderyds sykehus (prøvestørrelse = 2500 pasienter) bli fortløpende invitert til å delta i studien og gi informert samtykke.

Eksklusjonskriterier: Blødningsrisiko (definert som International Normalized Ratio (INR) > 1,6), alvorlig demens eller manglende evne til å forstå informasjon og ta en informert beslutning om deltakelse.

Pasienter som takker ja til å delta vil motta et informasjonsbrev om studien på post (2-3 uker før koloskopi). I tillegg vil alle pasienter også motta en telefon som en påminnelse om studien. Før tarmpreparering vil pasientene bli bedt om å legge igjen en avføringsprøve som skal lagres for dyrking. Studiedeltakere vil også bli bedt om å fylle ut et validert spørreskjema om sykehistorie, tidligere sykdommer, kosthold, livsstilsvaner, tidligere koloskopier og antibiotikabehandling. Umiddelbart før koloskopiundersøkelsen vil det bli tatt fire blodprøver: To for analyse av HbA1c, hemoglobin og C-reaktivt protein (CRP) og to for lagring ved sykehusets biobankrobot for senere analyse av biomarkører.

Ved koloskopi vil vevsprøver i tillegg til rutinemessige diagnostiske vevsprøver tas fra tykktarmsslimhinnen:

1. To biopsier (en for DNA-sekvensering, en for dyrking) vil bli tatt fra en frisk del av tykktarmsslimhinnen (fortrinnsvis i første del av tykktarmen) hos alle pasienter.
2. Fire biopsier, to (DNA + kultur) fra patologisk tykktarmslimhinne (polypp (adenomer) / tykktarmskreft / IBD/divertikulose) og to (DNA + kultur) i nærliggende område av den patologiske slimhinnen.

Fase 2: 2018-2020.

1. Påvisning og undersøkelse av biologisk viktige bakterier og deres metabolitter (metagenomikk og metabolomikk (studier av kjemiske prosesser som involverer metabolitter)) vil bli utført for informasjon om spesifikke bakteriegener.
2. Disse dataene vil deretter bli statistisk analysert for enhver assosiasjon med ulike kolorektale tilstander, justering for forvirring og eksponeringer tilgjengelig i medisinske journaler og i pasientspørreskjemaet (se nedenfor). Disse analysene vil gi oss viktig ny informasjon om de patogene mekanismene som er relevante for utvikling av kreft og betennelse.
3. Basert på disse forventede funnene av spesifikke bakteriesammensetninger i forhold til tykktarmssykdom, kan spesifikke sykdomsmekanismer begynne å analyseres.
4. Mulighetene for å bruke sykdomsspesifikke bakteriesammensetninger som en klinisk markør for tykktarmssykdom vil også bli utforsket. I løpet av denne delstudien vil vi se på sammenhengen mellom slimhinnemikrobiota og mikrobiota i avføringen. Avføringsprøver fra alle pasienter vil derfor bli brukt til å undersøke om disse samsvarer med bakteriesammensetningen til tykktarmsslimhinnen tatt fra det patologiske og friske tarmområdet. I tillegg vil serologiske biomarkører bli undersøkt i forhold til spesifikke bakteriesammensetninger i slimhinneprøver fra patologisk slimhinne hos alle studiepasienter.

Prøver og analyse Prøvene blir først lagret og registrert i Danderyd sykehus biobank og vil deretter bli sendt til DNA-analyse ved Science for Life-laboratoriet, Karolinska Institutet. DNA-analysen (primærvariabler) relaterer seg til massiv parallellsekvensering av 16S rRNA-genet som gir informasjon om sammensetningen av bakterier i prøven og den relative mengden bakterier ned til gennivået. Resultatene presenteres som en mangfoldsindeks (Shannon diversitetsindeks eller alfadiversitet innenfor samme utvalg) og Unifrac-analyse basert på programvaren QIIME. Sistnevnte analyse viser forskjeller i bakteriesammensetning mellom prøver – såkalt beta-diversitet. I tillegg til 16S-sekvensering vil såkalt metagenomisk sekvensering bli utført på utvalgte prøver - med denne analysen kan man også få informasjon om det spesifikke bakterielle geninnholdet og dermed få kunnskap om patogene mekanismer med relevans for å inkludere kreftutvikling. Det validerte spørreskjemaet om kosthold og livsstilsvaner vil bli analysert i forhold til det mikrobielle miljøet (avhengig variabel i denne laboratorieanalysen).