Search
Study: Multikingdom and functional gut microbiota markers for autism spectrum disorder. Image Credit: CI Photos/Shutterstock.com

יוצרים ארכאיים, פטרייתיים, ויראליים, כמו גם חיידקים, פונקציונליים להפרעת הספקטרום האוטיסטי בילדים

במחקר שפורסם לאחרונה ב מיקרוביולוגיה של הטבעקבוצת חוקרים חקרה את הקשר בין רכיבי מיקרוביום מעיים רב-ממלכתיים וסמנים תפקודיים עם הפרעת הספקטרום האוטיסטי (ASD) (מצב נוירו-התפתחותי מורכב המאופיין בהפרעות חברתיות, קוגניטיביות והתנהגותיות) באמצעות רצף מטאנומי של דגימות צואה של ילדים.

מחקר: סמני מיקרוביוטה פונקציונליים של רב ממלכתיות ומעיים להפרעת ספקטרום אוטיזם. קרדיט תמונה: CI Photos/Shutterstock.com

רקע כללי

סיבות ל-ASD כרוכות בשילוב של גורמים גנטיים וסביבתיים. מחקרים אחרונים מצביעים על כך שהמיקרוביום של המעי ממלא תפקיד משמעותי ב-ASD על ידי אפנון ציר המעי-מוח והרשתות הנוירואימוניות. שינויים בהרכבי מיקרוביוטה במעיים נצפו בילדים עם ASD, והתערבויות כמו השתלות מיקרוביוטה צואה מתורמים בריאים הראו שיפור בתסמינים.

רוב המחקרים התמקדו ברכיבים חיידקיים, אך טכנולוגיות מטאנומיות חדשות חושפות את החשיבות של חקר ארכיאה, פטריות ווירוסים. יש צורך במחקר נוסף כדי להבין באופן מלא את האינטראקציות הרב-ממלכתיות ואת תרומתם לפתוגנזה של ASD.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, ילדים מתחת לגיל 12, הן נוירוטיפיות והן עם ASD, גויסו מהמרפאה הפסיכיאטרית של הילד והמתבגר בין דצמבר 2021 לדצמבר 2023. אבחון ASD התבסס על מדריך אבחון וסטטיסטי של הפרעות נפשיות, מהדורה חמישית (DSM -5) קריטריונים. ילדים נוירוטיפיים הותאמו לפי גיל ומין ונבדקו באמצעות גרסת הספקטרום האוטיסטי הסיני. החרגות כללו אנשים עם פיגור שכלי, הפרעות נוירולוגיות, פסיכוזה, הפרעות דיכאון, מחלות רפואיות חמורות, שימוש אחרון בפרוביוטיקה או אנטיביוטיקה ותרופות מסוימות.

פרופילי משתתפים מקיפים כיסו דמוגרפיה, מצבים פיזיים ופסיכיאטרים, הפרעות במערכת העיכול (GI), היסטוריית תרופות, פרמטרים הוריים ודפוסי תזונה. כדי לבדוק את הספציפיות של סמן, הוקמו קבוצת ASD עצמאית בבית חולים וקבוצת ASD קהילתית לאימות, לצד קבוצות ל-ADHD ואטופיק דרמטיטיס.

דגימות צואה נאספו באמצעות מדיה משמרת, מה שמבטיח את שלמות החיידקים חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) ו חומצה ריבונוקלאית (RNA). מיצוי ורצף DNA בוצעו על מערכת Illumina NovaSeq, ולאחר מכן סינון איכותי ומיפוי לגנומים שונים.

פרופילים מיקרוביאליים נותחו באמצעות Kraken 2, Bracken ו- HUManN, עם נתונים שעברו טרנספורמציה להערכת קשרי מיקרוביום-פנוטיפ. מודלים של למידת מכונה, שהוכשרו באמצעות מסווגי יער אקראיים, נבדקו בקבוצות אימות עצמאיות ובמערכי נתונים ציבוריים כדי להבטיח חוסן.

תוצאות המחקר

סך של 1,627 ילדים בגילאי 1-13 שנים (24.4% נשים) מחמש קבוצות עצמאיות גויסו למחקר זה. נאספו נתונים פנוטיפיים נרחבים, כולל 236 גורמים כגון גיל, מין, אינדקס מסת גוף (BMI), תזונה, תרופות, מחלות נלוות, הפרעות פסיכיאטריות, תסמיני מערכת העיכול, מאפיינים משפחתיים וגורמים טכניים. רצף מטאנומי בוצע על דגימות צואה מילדים אלה, כולל 709 ילדים עם ASD ו-374 בקרות נוירוטיפיות בקבוצת הגילוי.

קבוצת חולים עצמאית של 172 דגימות צואה (82 ASD, 90 נוירוטיפיות) וקבוצה קהילתית של ילדים צעירים יותר (116 ASD, 60 נוירוטיפיות) שימשו לאימות. בנוסף, נותחו 237 מטאנומים צואתיים ממערכי נתונים שפורסמו ומקוהורטות ללא ASD של ילדים עם הפרעת קשב וריכוז (ADHD) (n=118) ואטופיק דרמטיטיס (n=78) לצורך אימות נוסף ובדיקות סגוליות.

ברמה התפקודית, גורמי פנוטיפ מארח הסבירו 17.1% ו-15.7% מהשונות בנתיבי המיקרוביום ובגנים המיקרוביאליים, בהתאמה. אבחנה של ASD מדורגת כגורם העליון האחראי לשונות הן בנתיבי המיקרוביום והן בגנים המיקרוביאליים. לאחר התאמה למבלבלים, זוהו 27 גנים דיפרנציאליים של Kyoto Encyclopedia of Gene and Genmes Orthology (KO) (23 פחתו, 4 עלו) ו-12 מסלולים דיפרנציאליים (9 שליליים, 3 קשרים חיוביים עם ASD). מסלולי הביוסינתזה של Ubiquinol-7 ותיאמין דיפוספט הופחתו באופן ניכר בילדים עם ASD בהשוואה לילדים נוירוטיפיים, מה שתמך בתפקידם הפוטנציאלי בפתוגנזה של ASD.

סמנים מיקרוביאליים ממלכה אחת לאבחון ASD הוערכו, כאשר מודל המסלול המיקרוביאלי הראה את יכולת הניבוי החזקה ביותר (אזור מתחת לעקומה (AUC) 0.87), ואחריו גנים מיקרוביאליים (AUC 0.86), חיידקים (AUC 0.85), archaea (AUC 0.76) ), פטריות (AUC 0.74), ווירוסים (AUC 0.68). מודל רב-ממלכתי המשלב תכונות אלו הראה ביצועים מעולים עם AUC של 0.91, המצביע על דיוק אבחון גבוה יותר לזיהוי ASD. 31 הסמנים המיקרוביאליים שזוהו כללו מספר חיידקים ומסלולים התורמים לדיוק האבחון, כגון מסלול הביוסינתזה של ubiquinol-7 ומסלולי ביוסינתזה של תיאמין דיפוספט.

אימות חיצוני של פאנל 31 הסמנים בקבוצת בית חולים עצמאית שמר על AUC שנע בין 0.55 ל-0.87, כאשר המודל המשולב היה בדירוג הגבוה ביותר. בדיקות נוספות בקבוצה צעירה יותר הראו ביצועים עקביים, כאשר המודל השיג AUC של 0.89. הפאנל גם הדגים יכולת שחזור בין אוכלוסיות שונות, עם AUC של 0.78 במערכים ציבוריים, המאשר את ישימותו בין המינים ובמיקומים גיאוגרפיים.

הספציפיות של פאנל הסמנים הרב-ממלכתיים אומתה בקוהורטות ללא ASD, והראתה ערכי AUC נמוכים יותר בילדים עם ADHD ואטופיק דרמטיטיס, מה שתומך בספציפיות של הפאנל ל-ASD. הדלדול של גנים ביו-סינתזה של ubiquinol-7 ותיאמין דיפוספט במיקרוביוטה של ​​המעיים נצפתה בעקביות על פני קבוצות, מה שהדגיש את הקשר החזק שלהם עם ASD.

מסקנות

לסיכום, מחקר זה ניתח למעלה מ-1,600 מטאנומים מחמש קבוצות עצמאיות, והראה כי מינים ארכאיים, פטרייתיים, ויראליים ומסלולי מיקרוביום פונקציונליים יכולים להבדיל בין ילדים עם ASD מילדים נוירוטיפיים.

מודל המבוסס על 31 סמנים מרובי ממלכת השיג ערכי ניבוי גבוהים לאבחון ASD. יכולת השחזור בין גילאים, מין וקבוצות מדגישה את הפוטנציאל שלהם ככלי אבחון.

דילוג לתוכן