Association Between the Microbiological Environment in Colon and Colorectal Disease

Projektbeskrivning Övergripande hypotes: Den kolonmikrobiella miljön korrelerar med tarmpatologi och är relevant för utveckling och utveckling av kolorektal sjukdom.

Forskningsfrågor och resultat:

I fas 1 (år 1, hypotesgenererande fas), kommer sambandet mellan specifika bakterier och följande sjukdomar att undersökas: kolorektal sjukdom (kolorektal cancer/polyper, adenom (pre-cancerösa lesioner), inflammatorisk tarmsjukdom (IBD) och divertikulos) .

Forskningsfrågor:

1. Är mikromiljön i tarmslemhinnan i och runt vävnad med adenom/kolorektalt adenokarcinom, IBD och divertikulos koloniserad med en bakterieuppsättning som skiljer sig från frisk slemhinna?
2. Påverkar ålder, kön och livs-/kostvanor olika typer av bakteriesammansättning?

I fas 2 (år 2-3) siktar vi på att identifiera specifika bakteriella biomarkörer som kan användas som screeningverktyg och lägga grunden för framtida nya behandlingar för kolorektal sjukdom.

Primära forskningsfrågor:

1. Är specifika bakterieuppsättningar associerade med tidig bildning av adenom och kolorektal cancer?
2. Kan dessa bakterier användas som fekala biomarkörer i ett kolorektalt screeningprogram för cancer eller identifieras av serologiska biomarkörer?
3. Kan identifieringen av specifika bakterier leda till ytterligare studier om den möjliga uppkomsten av uppkomsten och tillväxten av kolorektal cancer?

Sekundära forskningsfrågor:

1. Är specifika bakterieuppsättningar associerade med IBD och divertikulos och kan de användas som fekala eller serologiska biomarkörer för sjukdom?
2. Kan behandling av dessa bakterier eller deras metaboliter minska förekomsten av sjuklighet i relation till IBD eller divertikulit (inflammation i divertikler)?

Studera population och genomförande

Fas 1: (2017) -2018. Under ett år kommer alla patienter som är planerade till koloskopi på Danderyds sjukhus (provstorlek = 2500 patienter) att bjudas in i följd att delta i studien och att ge informerat samtycke.

Uteslutningskriterier: Blödningsrisk (definierad som International Normalized Ratio (INR) > 1,6), svår demens eller oförmåga att förstå information och fatta ett välgrundat beslut om deltagande.

Patienter som accepterar att delta kommer att få ett informationsbrev om studien per post (2-3 veckor före koloskopi). Alla patienter kommer dessutom att få ett telefonsamtal som en påminnelse om studien. Innan tarmförberedelse kommer patienter att uppmanas att lämna ett avföringsprov som kommer att sparas för odling. Studiedeltagare kommer också att ombes fylla i ett validerat frågeformulär om medicinsk historia, tidigare sjukdomar, kost, livsstilsvanor, tidigare koloskopier och antibiotikabehandling. Direkt innan koloskopiundersökningen kommer fyra blodprover tas: Två för analys av HbA1c, hemoglobin och C-reaktivt protein (CRP) och två för förvaring på sjukhusets biobanksrobot för senare analys av biomarkörer.

Under koloskopi kommer vävnadsprover utöver rutindiagnostiska vävnadsprover att tas från tjocktarmens slemhinna:

1. Två biopsier (en för DNA-sekvensering, en för odling) kommer att tas från en frisk del av tjocktarmsslemhinnan (helst i den första delen av tjocktarmen) hos alla patienter.
2. Fyra biopsier, två (DNA + kultur) från patologisk tjocktarmsslemhinna (polyp (adenom) / kolorektal cancer / IBD/divertikulos) och två (DNA + kultur) i det närliggande området av den patologiska slemhinnan.

Fas 2: 2018-2020.

1. Detektering och undersökning av biologiskt viktiga bakterier och deras metaboliter (metagenomics och metabolomics (studier av kemiska processer som involverar metaboliter)) kommer att genomföras för information om specifika bakteriegener.
2. Dessa data kommer sedan att analyseras statistiskt för eventuella samband med olika kolorektala tillstånd, med justering för förväxlingar och exponeringar som finns tillgängliga i medicinska journaler och i patientenkäten (se nedan). Dessa analyser kommer att ge oss viktig ny information om de patogena mekanismerna av relevans för utveckling av cancer och inflammation.
3. Baserat på dessa förväntade fynd av specifika bakteriesammansättningar i relation till kolonsjukdom kan specifika sjukdomsmekanismer börja analyseras.
4. Möjligheterna att använda sjukdomsspecifika bakteriesammansättningar som en klinisk markör för kolonsjukdom kommer också att undersökas. Under denna delstudie kommer vi att titta på sambandet mellan mukosal mikrobiota och mikrobiotan i avföringen. Sålunda kommer avföringsprover från alla patienter att användas för att undersöka om dessa motsvarar bakteriesammansättningen av tjocktarmsslemhinnan som tagits från det patologiska och friska tarmområdet. Dessutom kommer serologiska biomarkörer att undersökas i relation till specifika bakteriesammansättningar i slemhinneprover från patologisk slemhinna hos alla studiepatienter.

Prover och analys Proverna lagras och registreras först i Danderyds sjukhus biobank och kommer därefter att skickas för DNA-analys på Science for Life-laboratoriet, Karolinska Institutet. DNA-analysen (primära variabler) avser massiv parallell sekvensering av 16S rRNA-genen som ger information om sammansättningen av bakterier i provet och den relativa mängden bakterier ner till gennivån. Resultaten presenteras som ett diversitetsindex (Shannon diversity index eller alfa diversity inom samma urval) och Unifrac-analys baserad på programvaran QIIME. Den senare analysen visar på skillnader i bakteriesammansättning mellan prover – så kallad beta-diversitet. Utöver 16S-sekvensering kommer så kallad metagenomisk sekvensering att utföras på utvalda prover - med denna analys kan man även få information om det specifika bakteriegeninnehållet och på så sätt få kunskap om patogena mekanismer med relevans för att inkludera cancerutveckling. Det validerade frågeformuläret om kost- och livsstilsvanor kommer att analyseras i relation till den mikrobiella miljön (beroende variabel i denna laboratorieanalys).