מדענים מזהים סימני חיידקים במעיים המבדילים בין מחלות ומנבאים מצבי בריאות

מחקר חדש חושף סמנים מיקרוביאליים במעיים הנפוצים במחלות מרובות, וסוללים את הדרך לחיזוי מחלות מדויק יותר וטיפולים מותאמים אישית.

מחקר: ניתוח בקנה מידה אוכלוסי של 36 מחקרי מיקרוביום במעיים חושף חתימות מינים אוניברסליות למחלות נפוצות. קרדיט תמונה: קטרינה קון / Shutterstock

מחקר שפורסם בכתב העת Nature Portfolio ביופילמים ומיקרוביומים מוצא שינויים משמעותיים בהרכבי החיידקים במעיים על פני מחלות אנושיות נפוצות באוכלוסייה הסינית.

רֶקַע

למיקרוביוטה של ​​המעיים תפקיד חיוני בבריאות האדם ובמחלות. בגלל הפלסטיות המדהימה שלה, ההרכב הכללי של מיקרוביוטה של ​​המעיים נשאר לרוב יציב גם לאחר שינויים חריפים במערכת הפיזיולוגית. עם זאת, חשיפה כרונית וממושכת לגורמי לחץ יכולה להוביל לדיסביוזיס של מיקרוביוטה במעיים, חוסר איזון בהרכב החיידקים במעיים המעדיף את הבחירה של מיקרואורגניזמים פתוגניים מזיקים על פני מיקרואורגניזמים מועילים.

דיסביוזיס של מיקרוביוטה במעיים נצפתה במספר מחלות, כולל אוטואימוניות, קרדיומטבוליות, זיהומיות, פסיכיאטריות וסרטן. עם זאת, הסיבה המדויקת לדיסביוזה מיקרוביאלית במצבי מחלה שונים אינה ידועה במלואה עקב מספר אתגרים, כולל היעדר מסדי נתונים מאוחדים, הדיוק הנמוך של ביאור וכימות מיני חיידקים במערך נתונים של רצף תפוקה גבוהה, והניסוי המשתנה ביותר. ושיטות אנליטיות המשמשות במחקרים.

במחקר זה, מדענים ניתחו מחדש מטאנומים צואתיים זמינים לציבור מתוך 36 מחקרי מקרה-ביקורת כדי לחקור את ההבדלים בהרכב החיידקים במעיים ובמגוון המקרים והביקורות בכל מחקר.

לימודי עיצוב

המחקר ניתח נתוני רצף גולמיים ממערכי נתונים מטאנומיים זמינים לציבור, שכללו 6,314 דגימות צואה אנושיות מ-36 מחקרי מקרה-ביקורת של האוכלוסייה הסינית. מערכי נתונים אלה כללו 3,728 חולים עם 28 מחלות או מצבים לא בריאים ו-2,586 אנשים בריאים.

ניתוח השוואתי נערך כדי לחקור את ההבדלים במבנה המיקרוביאלי הכולל בין חולים (מקרים) לבין אנשים בריאים (בקרות). המחקר ערך מטה-אנליזה משולבת לזיהוי חתימות מיקרוביאליות אוניברסליות על פני מחלות שונות. בהתבסס על שפע החתימות המיקרוביאליות, הוקמו מסווגים מתקדמים של למידת מכונה כדי לחקור את הפוטנציאל של תכונות מיקרוביאליות גנריות במעי בחיזוי מצבי מחלה.

תצפיות חשובות

ניתוח הרכב החיידקים במעיים של כל הדגימות שזוהו Bacteroidetes ו Firmicutes בתור הפילה הנפוצה ביותר, ואחריה פרוטאובקטריה ו אקטינובקטריה. במחקרים המנותחים נצפה שיעור מגוון מאוד מהפילות הללו, אשר ניתן לייחס להבדלים במיקומים גיאוגרפיים או שיטות ניסוי.

ברמת הסוג, Phocaeicola, Bacteroides, Prevotella, Faecalibacterium, אליסטיפסו רוזבוריה זוהו כסוגים הדומיננטיים, המראים דפוס תפוצה דומה בכל המחקרים.

מספר חברים ב Phocaeicola, Bacteroides, Prevotella copriו Faecalibacterium prausnitzii היו המינים הדומיננטיים ביותר בכל הדגימות המנותחות.

הניתוח ההשוואתי של מחקרי מקרה-ביקורת גילה שמבנים שונים של חיידקים במעיים היו קשורים לרוב המחלות, כאשר רבים מהם הראו עושר וגיוון מיקרוביאלי מופחת, בעוד שחלקם הראו עושר וגיוון מוגברים בהשוואה לביקורות.

ניתוח נוסף גילה שמצב המחלה משפיע באופן משמעותי על הרכב החיידקים הכולל של המעי. מחלות כמו מחלת קרוהן, תסמונת שחלות פוליציסטיות, פרפור פרוזדורים, מחלת גרייב, זאבת אדמנתית מערכתית, שחמת כבד, שחפת ריאתית או מחלת הקורונה 2019 (COVID-19) הציגו את השינויים המשמעותיים ביותר בהרכב החיידקים.

חתימות חיידקים במעיים

המטה-אנליזה המשולבת זיהתה 277 מינים של חיידקים שנבדלו בשפע היחסי בין מקרים וביקורות. בסך הכל 194 מינים הראו שפע גבוה יותר אצל אנשים בריאים בהשוואה לחולים. באופן דומה, 83 מינים היו מועשרים יותר בחולים בהשוואה לאנשים בריאים.

הבדל משמעותי בהתפלגות הטקסונומית ברמת הפילום והסוג נצפה בין מינים חיידקים מועשרים במחלה ובין מינים מועשרים בשליטה. יש לציין כי החולים הפגינו העשרה משמעותית של פתוגנים אופורטוניסטיים ודלדול של חיידקים מועילים.

מינים מיקרוביאליים שהראו שפע מופחת בחולים הם היצרנים החשובים ביותר של חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) במעיים האנושיים. זה מצביע על כך שיכולת ביוסינתזה מופחתת של SCFA היא תכונה משותפת למחלות אנושיות רבות.

ברמת הסוג, הניתוח זיהה 107 סוגים שנבדלו בשפע היחסי בין מקרים ובקרות. מתוך סוגים אלה, 73 היו נפוצים יותר בביקורת ו-34 בחולים. בדומה לניתוח ברמת המין, נצפתה הפחתה ניכרת בסוגים מועילים לייצור SCFA ועלייה בסוגים אופורטוניסטיים בחולים.

חתימות חיידקים במעיים לחיזוי מחלות

ניתוח מבוסס אלגוריתם למידת מכונה הראה שהחתימות המיקרוביאליות האוניברסאליות הללו במעיים יכולות להבחין במדויק בין מטופלים ואנשים בריאים בדרגה גבוהה של דיוק. המודל יכול גם להבדיל בין חולים בסיכון גבוה לבין אנשים בריאים.

לצורך אימות נוסף של מודל החיזוי, המחקר ניתח מטאנומים צואתיים משלוש קבוצות ציבוריות עצמאיות, כולל דיכאון דו קוטבי, סרטן המעי הגס ומחלת כליות סופנית. הממצאים חשפו כי מודל החיזוי היה יעיל במיוחד בהבחנה בין מחלות בסיכון גבוה, אם כי יכולתו לזהות מחלות פסיכיאטריות הייתה נמוכה יחסית.

משמעות המחקר

המחקר מזהה חתימות מיקרוביאליות אוניברסליות במעיים למחלות אנושיות נפוצות באוכלוסייה הסינית. המבנה המיקרוביאלי הכולל של המעי היה קשור מאוד למחלות אנושיות נפוצות. ממצאים אלו מצביעים על כך שחתימות מיקרוביאליות מוכללות הקשורות למחלה יכולות לסווג במדויק מספר מצבי מחלה ממצב בריא, ולפתוח אפשרויות לכלי אבחון עתידיים והתערבויות מותאמות אישית.