Skład mikroflory jelitowej u dzieci latynoskich i nielatynoskich.

I. CELE SZCZEGÓŁOWE W przewodzie pokarmowym człowieka znajduje się ogromna liczba drobnoustrojów, w tym mikroorganizmy bakteryjne, grzybicze i pierwotniakowe, które razem tworzą nasz mikrobiom. W ciągu ostatnich lat dowody wykazały, że mikrobiom przewodu pokarmowego jest powiązany z naszym ogólnym stanem zdrowia, w tym z ryzykiem otyłości. Mikroflora przewodu pokarmowego może wpływać na obie strony bilansu energetycznego, który obejmuje czynniki wpływające na wykorzystanie energii z diety oraz czynniki, które odgrywają rolę w regulacji wydatkowania i magazynowania energii poprzez wpływ na geny gospodarza (1, 2). Badania wykazały, że wskaźniki nadwagi i otyłości należą do najwyższych wśród latynoskich dzieci w Stanach Zjednoczonych. Szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych 47% latynoskich dzieci ma nadwagę, a 31% otyłość, w porównaniu z odpowiednio 35% i 21% dzieci rasy kaukaskiej nie-Latynosów. W literaturze wykazano, że czynniki środowiskowe są związane z otyłością u dzieci pochodzenia latynoskiego, w tym: wpływy rodziców, czas spędzany przed ekranem, zachowania związane z aktywnością fizyczną, status społeczno-ekonomiczny/bezpieczeństwo żywnościowe oraz długość snu (3,4). Jak dotąd nie przeprowadzono badań, w których zbadano, czy istnieją znaczące różnice w mikrobiomie jelitowym dzieci latynoskich; ponadto, czy te różnice (taksonomia lub ekspresja genów) narażają je na większe ryzyko rozwoju otyłości w porównaniu z innymi grupami etnicznymi.

Badacze przewidują, że istnieją znaczne różnice w mikrobiomie przewodu pokarmowego między dziećmi rasy kaukaskiej nielatynoskiej a dziećmi latynoskimi.

Cel: Potwierdzenie różnic w mikrobiomie między kaukaskimi dziećmi nielatynoskimi (z otyłością i bez) a dziećmi latynoskimi (z otyłością i bez) w tym badaniu pilotażowym.

Hipoteza: dzieci latynoskie będą miały mniejszą różnorodność bakterii kałowych w porównaniu z dziećmi rasy białej nielatynoskiej, co jest związane z większą ogólną otyłością i upośledzoną homeostazą glukozy, co określa się na podstawie:

A) Metagenomiczne sekwencjonowanie nowej generacji „całego genomu / strzelby” DNA z próbek kału kohort, które obejmują dzieci latynoskie z otyłością, dzieci latynoskie bez otyłości, dzieci rasy kaukaskiej nielatynoskiej z otyłością i dzieci rasy kaukaskiej nielatynoskiej bez otyłości.

B) Bioinformatyczna analiza obliczeniowa porównująca cztery grupy w celu określenia liczebności różnorodności beta (względnej taksonomii).

II. TŁO I ZNACZENIE Otyłość jest poważnym zagrożeniem dla zdrowia w Stanach Zjednoczonych. Częstość występowania otyłości u dzieci wzrosła w ciągu ostatnich dwóch dekad. Według Departamentu Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych ostatnie dane wykazały, że występowanie otyłości jest wyższe wśród młodzieży w wieku 6-11 lat i młodzieży w wieku 12-19 lat w porównaniu z dziećmi w wieku 2-5 lat. Populacja latynoska jest jedną z najbardziej dotkniętych grup etnicznych w Stanach Zjednoczonych. Około 47% latynoskich dzieci ma nadwagę, a 31% cierpi na otyłość. Stwierdzono, że wiele czynników odgrywa rolę w rozwoju otyłości u dzieci pochodzenia latynoskiego, w tym: wpływy rodziców, czas spędzany przed ekranem, zachowania związane z aktywnością fizyczną, status społeczno-ekonomiczny / bezpieczeństwo żywnościowe i czas snu.

W ciągu ostatnich kilku lat pojawiło się zainteresowanie badawcze zrozumieniem rozwoju i patogenezy otyłości. Ostatnie badania wykazały, że mikroflora jelitowa odgrywa ważną rolę w wyzwalaniu i rozwoju otyłości. Mikroflora przewodu pokarmowego może wpływać na obie strony bilansu energetycznego, który obejmuje czynniki wpływające na wykorzystanie energii z diety oraz czynniki, które odgrywają rolę w regulacji wydatkowania i magazynowania energii poprzez wpływ na geny gospodarza. W badaniu przeprowadzonym przez Hou ocenili gen 16S rRNA, enterotypy i ilość mikroflory jelitowej wśród otyłych dzieci i zdrowej kohorty kontrolnej. W tym badaniu odkryli, że skład mikroflory jelitowej wykazał znaczące różnice między otyłymi dziećmi a zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Wyniki wykazały, że typy Firmicutes i Bacteroidetes były dominującym mikrobiomem kałowym w obu kohortach, ale względny stosunek liczebności Firmicutes i Bacteroidetes (F/B) w kohorcie otyłych był znacznie wyższy niż w grupie kontrolnej. Firmicutes są związane z genami zaangażowanymi w katabolizm węglowodanów i są bogate w osoby otyłe, podczas gdy Bacteroidetes są związane ze zmniejszoną masą ciała.

W tej chwili nie przeprowadzono żadnych badań, które sprawdzałyby, czy istnieją znaczące różnice w mikrobiomie jelitowym dzieci pochodzenia latynoskiego; ponadto, czy te różnice (taksonomia lub ekspresja genów) narażają je na większe ryzyko rozwoju otyłości w porównaniu z innymi grupami etnicznymi. Zespół badawczy uważa, że ​​ważne jest zidentyfikowanie możliwych różnic w mikrobiomie w populacji Latynosów, które mogą zwiększać ryzyko rozwoju otyłości u dzieci.

III. PROJEKT BADAŃ I METODY, W TYM ANALIZA STATYSTYCZNA Osoby badane/Projekt eksperymentu Badacze zrekrutują i zapiszą 4 kohorty, w tym 6 latynoskich dzieci z otyłością, 6 latynoskich dzieci bez otyłości, 6 kaukaskich nielatynoskich dzieci z otyłością i 6 kaukaskich nielatynoskich dzieci bez otyłości . Otyłość będzie definiowana jako BMI >95%. Wiek zapisów będzie wynosił od 6 do 12 lat. Badacze uzyskają charakterystykę wyjściową w momencie rejestracji, w tym pomiary antropometryczne (waga, długość, BMI), historię diety (w tym 24-godzinny dziennik przypominający i kwestionariusz częstotliwości spożywania posiłków) oraz historię aktywności fizycznej (kwestionariusz aktywności fizycznej). Badacze uzyskają historię leczenia, w tym historię stosowania antybiotyków, sterydów i probiotyków.

Pomiar diety i aktywności fizycznej Podczas pobierania kału badacze zdobędą informacje na temat diety pacjenta, korzystając z kwestionariusza dotyczącego częstotliwości spożywania posiłków zawierającego 30 produktów spożywczych i 24-godzinnego dziennika przypominania posiłków. Zapisy diet będą analizowane przy użyciu oprogramowania Nutrient Data System for Research (Minneapolis, MN). Badacze określą spożycie makro- i mikroskładników odżywczych, a także wzorce spożycia przy użyciu analiz latentnych (podejście skoncentrowane na osobie) oraz czynników (podejście oparte na danych).

Badacze zbiorą dane dotyczące aktywności fizycznej pacjenta za pomocą kwestionariusza aktywności fizycznej dla starszych dzieci (PAQ-C) i przeanalizują je za pomocą współczynników korelacji Spearmana. Zarządzanie danymi klinicznymi będzie należeć do obowiązków głównego badacza i współbadacza/współbadacza GI i będzie korzystać z bezpiecznej bazy danych REDCap za pośrednictwem systemu REDCap firmy Nemours.

Pobranie próbki kału Za zgodą rodzica/opiekuna, kał pobrany do sterylnego pojemnika zostanie przeniesiony w ciągu 12 godzin od wypróżnienia z domu lub przychodni do oddzielnego laboratorium klinicznego, gdzie zostanie pobrany kał za pomocą szczoteczki FLOQswab x 3 (Copan Diagnostics, Murrieta, Kalifornia). kadry naukowej do przeniesienia do Centrum Mikrobiomu CHOP.

Izolacja bakteryjnego DNA DNA zostanie wyekstrahowane z próbek za pomocą zestawu DNeasy PowerSoil zgodnie z instrukcjami producenta (Qiagen, Germantown, MD). Biblioteki shotgun zostaną wygenerowane z 1 ng DNA przy użyciu zestawu NexteraXT (Illumina, San Diego, CA, USA). Biblioteki będą sekwencjonowane na Illumina HiSeq 2500 przy użyciu chemii 2x125bp w trybie High Output.

Przetwarzanie bioinformatyczne i analiza statystyczna Różnice w przyroście masy ciała, HgbA1c, aktywności fizycznej związane z zapisami diety żywieniowej lub innymi wynikami zostaną ocenione za pomocą testu t lub testu U Manna Whitneya, z uwzględnieniem współzmiennych. Związek między zapisami żywieniowymi a wynikami będzie dalej badany przy użyciu modeli efektów mieszanych, dostosowując je do wpływu kluczowej aktywności fizycznej lub zmiennych dietetycznych.

Pliki FASTQ będą analizowane przy użyciu ustalonego potoku obliczeniowego opracowanego w Nemours.