Состав микробиоты кишечника у детей латиноамериканского и неиспаноязычного происхождения.

I. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ В желудочно-кишечном тракте человека (ЖКТ) обитает огромное количество микробов, включая бактериальные, грибковые и протозойные микроорганизмы, которые вместе составляют наш микробиом. Данные последних лет показали, что микробиом желудочно-кишечного тракта связан с нашим общим состоянием здоровья, включая риск ожирения. Микробиота желудочно-кишечного тракта может влиять на обе стороны энергетического баланса, который включает факторы, влияющие на использование энергии из рациона, и факторы, которые играют роль в регуляции расхода и хранения энергии, влияя на гены хозяина (1, 2). Исследования показали, что показатели избыточного веса и ожирения являются одними из самых высоких среди латиноамериканских детей в Соединенных Штатах. Подсчитано, что в США 47% латиноамериканских детей имеют избыточный вес и 31% страдают ожирением, по сравнению с 35% и 21% соответственно для детей европеоидной расы. В литературе показано, что факторы окружающей среды связаны с детским ожирением у латиноамериканских детей, в том числе: влияние родителей, время, проводимое перед экраном, физическая активность, социально-экономический статус/продовольственная безопасность и продолжительность сна (3,4). До сих пор не проводилось исследований, в которых изучались бы существенные различия в микробиоме кишечника латиноамериканских детей; более того, повышают ли эти различия (таксономия или экспрессия генов) их риск развития ожирения по сравнению с другими этническими группами.

Исследователи предсказывают, что существуют значительные различия в микробиоме желудочно-кишечного тракта между кавказскими неиспаноязычными детьми и латиноамериканскими детьми.

Цель: Подтвердить различия в микробиоме между детьми европеоидной расы (с ожирением и без) и детьми латиноамериканского происхождения (с ожирением и без) в этом пилотном исследовании.

Гипотеза: латиноамериканские дети будут иметь более низкое бактериальное разнообразие в кале по сравнению с детьми европеоидной расы, не являющимися латиноамериканцами, что связано с более высоким общим ожирением и нарушением гомеостаза глюкозы, что определяется:

A) Метагеномное секвенирование ДНК «полного генома / дробовика» следующего поколения из образцов фекалий когорт, включающих детей латиноамериканского происхождения с ожирением, детей латиноамериканского происхождения без ожирения, детей неиспаноязычного происхождения европеоидной расы с ожирением и детей неиспаноязычного происхождения европеоидной расы без ожирения.

B) Вычислительный анализ биоинформатики, сравнивающий четыре группы для определения численности бета-разнообразия (относительного таксономического).

II. ПРЕДПОСЫЛКИ И ЗНАЧЕНИЕ Ожирение представляет собой серьезный риск для здоровья в Соединенных Штатах. Распространенность детского ожирения увеличилась за последние два десятилетия. По данным Министерства здравоохранения и социальных служб США, последние данные показали, что распространенность ожирения выше среди молодежи в возрасте 6-11 лет и подростков в возрасте 12-19 лет по сравнению с детьми в возрасте 2-5 лет. Испаноязычное население является одной из наиболее пострадавших этнических групп в Соединенных Штатах. Примерно 47% латиноамериканских детей имеют избыточный вес, а 31% страдают ожирением. Было обнаружено, что несколько факторов играют роль в развитии детского ожирения у латиноамериканских детей, в том числе: влияние родителей, время, проводимое перед экраном, поведение в отношении физической активности, социально-экономический статус / продовольственная безопасность и продолжительность сна.

В последние несколько лет наблюдается исследовательский интерес к пониманию развития и патогенеза ожирения. Недавние исследования показали, что микробиота кишечника играет важную роль в возникновении и развитии ожирения. Микробиота желудочно-кишечного тракта может влиять на обе стороны энергетического баланса, который включает факторы, влияющие на использование энергии из рациона, и факторы, которые играют роль в регуляции расхода и хранения энергии, влияя на гены хозяина. В исследовании Хоу они оценили ген 16S рРНК, энтеротипы и количество кишечной микробиоты среди детей с ожирением и здоровой контрольной группы. В этом исследовании они обнаружили, что состав кишечной микробиоты существенно различается между детьми с ожирением и здоровыми людьми из контрольной группы. Результаты показали, что типы Firmicutes и Bacteroidetes были преобладающим фекальным микробиомом в обеих когортах, но относительное соотношение численности Firmicutes и Bacteroidetes (F/B) в когорте с ожирением было значительно выше, чем в здоровой контрольной группе. Firmicutes связаны с генами, участвующими в катаболизме углеводов, и часто встречаются у людей с ожирением, тогда как Bacteroidetes связаны с уменьшением массы тела.

В настоящее время не проводилось исследований, в которых изучались бы существенные различия в микробиоме кишечника латиноамериканских детей; более того, повышают ли эти различия (таксономия или экспрессия генов) их риск развития ожирения по сравнению с другими этническими группами. Исследовательская группа считает важным выявить возможные различия в микробиомах латиноамериканского населения, которые могут подвергнуть их более высокому риску развития детского ожирения.

III. ДИЗАЙН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВКЛЮЧАЯ СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Объекты исследования/План эксперимента Исследователи наберут и зарегистрируют 4 когорты, включая 6 детей латиноамериканского происхождения с ожирением, 6 детей латиноамериканского происхождения без ожирения, 6 детей неиспаноязычного происхождения европеоидной расы с ожирением и 6 детей неиспаноязычного происхождения европеоидной расы без ожирения. . Ожирение будет определяться как ИМТ> 95%. Возраст зачисления будет от 6 до 12 лет. Исследователи получат исходные характеристики во время регистрации, включая антропометрические показатели (вес, рост, ИМТ), историю питания (включая 24-часовой дневник отзывов и анкету частоты приема пищи) и историю физической активности (анкета физической активности). Исследователи получат историю лечения, включая историю использования антибиотиков, стероидов и пробиотиков.

Измерение диеты и физической активности При сборе фекалий исследователи получают информацию о диете пациента, используя опросник по частоте приема пищи из 30 продуктов и 24-часовой дневник воспоминаний о еде. Записи о рационе будут проанализированы с использованием программного обеспечения Nutrient Data System for Research (Миннеаполис, Миннесота). Исследователи определят потребление макро- и микронутриентов, а также модели потребления пищи, используя латентный класс (личностно-ориентированный подход), а также факторный анализ (подход, основанный на данных).

Исследователи будут собирать данные о физической активности пациента с помощью опросника физической активности для детей старшего возраста (PAQ-C) и анализировать с помощью коэффициентов корреляции Спирмена. Ответственность за управление клиническими данными возлагается на главного исследователя и научного сотрудника/соисследователя, и будет использоваться безопасная база данных REDCap через систему REDCap компании Nemours.

Сбор образцов кала С разрешения родителя/опекуна стул, собранный в стерильный контейнер, будет доставлен в течение 12 часов после дефекации из дома или поликлиники в отдельную клиническую лабораторию, где будет собран кал с помощью щетки FLOQswab x 3 (Copan). Diagnostics, Murrieta, CA) Тампоны будут предварительно помечены обезличенным кодом, отражающим номер пациента, номер образца и дату, и образец будет помещен в сухой лед, а затем перенесен в морозильную камеру при температуре -80 градусов Цельсия до извлечения врачом. исследовательский персонал для перевода в Центр микробиома CHOP.

Выделение бактериальной ДНК ДНК будет извлечена из образцов с использованием набора DNeasy PowerSoil в соответствии с инструкциями производителя (Qiagen, Germantown, MD). Библиотеки Shotgun будут созданы из 1 нг ДНК с использованием набора NexteraXT (Illumina, Сан-Диего, Калифорния, США). Библиотеки будут секвенированы на Illumina HiSeq 2500 с использованием химии 2x125bp в режиме High Output.

Биоинформатическая обработка и статистический анализ Различия в прибавке массы тела, уровне HgbA1c, физической активности, связанные с показателями питания или другими результатами, будут оцениваться с использованием t-критерия или U-критерия Манна-Уитни с поправкой на ковариаты. Взаимосвязь между показателями питания и результатами будет дополнительно изучена с использованием моделей смешанных эффектов с поправкой на влияние основных физических нагрузок или диетических переменных.

Файлы FASTQ будут анализироваться с использованием установленного вычислительного конвейера, разработанного в Nemours.