W niedawnym badaniu opublikowanym w Medycyna Naturygrupa badaczy zbadała związek między wiromami jelitowymi we wczesnym okresie życia, w szczególności taksonami fagów umiarkowanych, a rozwojem astmy w dzieciństwie, biorąc pod uwagę interakcję z genetyką żywiciela i bakteriomem.

Tło

Astma, przewlekła choroba zapalna dróg oddechowych, często zaczyna się we wczesnym dzieciństwie. Jej patofizjologia jest złożona i mają na nią wpływ czynniki genetyczne, środowiskowe i immunologiczne. Mikroflorę jelitową, kluczową dla rozwoju odporności, powiązano z astmą, alergiami i innymi chorobami przewlekłymi o podłożu immunologicznym. Mimo to badania skupiły się głównie na bakteriach jelitowych, pozostawiając rolę wirusów jelitowych, zwłaszcza fagów, w mniejszym stopniu zbadaną.

Jelito jest siedliskiem wielu wirusów, a fagi atakują głównie bakterie. Fagi, zarówno zjadliwe, jak i umiarkowane, mogą wpływać na odporność gospodarza poprzez wpływ na kolonizację bakterii i interakcję z układem odpornościowym błony śluzowej. Dalsze badania są niezbędne, aby rozwikłać złożone interakcje między wiromem jelitowym, bakteriomem i odpornością gospodarza. Może to doprowadzić do opracowania nowych biomarkerów i strategii terapeutycznych w przypadku astmy i innych chorób o podłożu immunologicznym.

O badaniu

Zgodnie z Deklaracją Helsińską w niniejszym badaniu dotyczącym astmy u dzieci przestrzegano rygorystycznych standardów etycznych. Zapewniono zgodę rodziców i zachowano ścisłe przestrzeganie przepisów dotyczących rzetelności badań, bezpieczeństwa pacjentów i ochrony danych, w tym dobrej praktyki klinicznej (GCP) i ogólnego rozporządzenia o ochronie danych (RODO).

Badanie było częścią duńskiej kohorty matek i dzieci COPSAC2010, w której wzięło udział 700 dzieci w wieku od ciąży do pięciu lat. Rozpoznania astmy starannie rejestrowano w oparciu o kompleksowe kryteria, w tym nasilenie objawów, czas trwania i odpowiedź na leczenie. W tym badaniu wzięto pod uwagę każdą diagnozę astmy przed piątym rokiem życia.

Próbki kału od 647 dzieci zbadano pod kątem wiromu w pierwszym roku życia. Pobieranie, przechowywanie i przetwarzanie próbek odbywało się zgodnie z określonymi protokołami, zapewniającymi zachowanie próbek do czasu analizy. Przetwarzanie bioinformatyczne obejmowało szczegółowe procedury ekstrakcji wiromów, przygotowania bibliotek i sekwencjonowania. W przypadku bakteryjnego kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) zastosowano określone metody i narzędzia, w tym zestawy MoBio PowerSoil i platformę MiSeq viz MiSeq Sequencing System do sekwencjonowania.

Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu języka R, wykorzystując różne pakiety do obróbki i wizualizacji danych. W badaniu wykorzystano dwustronne wartości P, z progiem istotności ustalonym na P ≤ 0,05 i zastosowano korektę Benjaminiego – Hochberga do testów wielokrotnych. Powiązania astmy z wiromem badano za pomocą regresji logistycznej i innych metod statystycznych, kontrolując jednocześnie potencjalne czynniki zakłócające i efekty wsadowe.

W badaniu oceniono także korelację pomiędzy wiromem i bakteriomem, wykorzystując korelacje Spearmana i analizę Procrustesa. Wpływ wiromu na rozwój astmy analizowano za pomocą analiz regresji logistycznej i analizy regresji quasi-poissona. Dodatkowo przeprowadzono analizę mediacji w celu sprawdzenia znaczenia pośredniego wpływu bakterii.

Trajektorie rozwoju astmy zbadano za pomocą uogólnionych równań szacunkowych, co pozwoliło na podłużną ocenę czasu trwania astmy. W badaniu zbadano także moment wystąpienia astmy w wieku przedszkolnym w odniesieniu do punktacji sygnatur wirusomów i bakteriomów. Porównano cztery grupy za pomocą analizy krzywej Kaplana-Meiera i testu log-rank, co dostarczyło wglądu w wpływ tych zbiorowisk drobnoustrojów na rozwój astmy.

Czynniki środowiskowe wpływające na wynik sygnatury wiromu zbadano również za pomocą analizy regresji liniowej. Na koniec w badaniu zagłębiono się w aspekt genetyczny, skupiając się na genotypie receptora Toll-Like 9 (TLR9) i jego interakcji z wiromem w związku z astmą. Do zbadania wpływu różnych genotypów na astmę wykorzystano analizy regresji logistycznej, ze szczególnym uwzględnieniem genotypu TLR9 rs187084. Ten aspekt genetyczny odegrał kluczową rolę w zrozumieniu złożonej zależności między genetyką, wiromem jelitowym i rozwojem astmy u dzieci.

Oceniono interakcję między genotypem TLR9 a wynikami sygnatury wiromu, dostarczając cennych informacji na temat tego, jak predyspozycje genetyczne mogą wpływać na ryzyko astmy we wczesnym dzieciństwie.

Wyniki badań

W niniejszym badaniu skupiono się na analizie wirusomu jelitowego 647 jednorocznych dzieci, u których od urodzenia występował głęboki fenotyp, a rozpoznanie astmy oceniano podłużnie. Stwierdzono, że określone taksony fagów jelitowych strefy umiarkowanej są powiązane z późniejszym rozwojem astmy. Warto zauważyć, że wspólne liczebności 19 kaudowirusowy rodziny wniosły znaczący wkład w to stowarzyszenie.

Badanie ujawniło, że połączenie sygnatur bakteriomu i wiromu związanego z astmą zwiększyło wpływ na ryzyko astmy, co sugeruje niezależny związek wiromu i astmy. Co ciekawe, ryzyko astmy związanej z wirusami było modulowane przez wariant genu TLR9 rs187084 gospodarza, co wskazuje na bezpośrednią interakcję między fagami a układem odpornościowym gospodarza. Odkrycie to otwiera nowe możliwości dalszych badań mających na celu sprawdzenie, czy fagi, obok bakterii i genetyki gospodarza, można wykorzystać jako przedkliniczne biomarkery astmy.

Kluczowym wnioskiem z badania była różnica we względnej liczebności zarówno kaudowirusów, jak i mikrowirusów pomiędzy dziećmi chorymi na astmę i bez astmy w wieku pięciu lat. Względna obfitość fagów umiarkowanych była szczególnie powiązana z astmą. Korekty dotyczące potencjalnych czynników zakłócających, takich jak rodzeństwo, masa urodzeniowa, charakter miejski i wiek, nie zmieniły tych wyników. Powiązanie to było napędzane głównie przez kaudowirusy, a różnice we względnej liczebności fagów o nieznanym trybie życia były napędzane przez mikrowirusy.

W badaniu zauważono również wysoki stopień niepowtarzalności wirusomów jelitowych u dzieci, ze medianą bogactwa w próbkach 1306 wirusowych operacyjnych jednostek taksonomicznych (vOTU) i ogólną rzadkością wynoszącą 86% w próbkach. Jednak ogólnie zaobserwowane bogactwo i równość nie były powiązane z rozwojem astmy przed ukończeniem piątego roku życia.

Najbardziej zauważalne były różnice w składzie wiromu umiarkowanego między dziećmi chorymi na astmę i bez astmy, co doprowadziło do identyfikacji 19 kladów wirusa umiarkowanego na poziomie rodziny (VFC), które były łącznie powiązane z późniejszą astmą.

W badaniach dalej badano niezależność wiromu astmatycznego od bakteriomu. Pomimo pewnej korelacji w bogactwie gatunkowym i składzie między wiromem umiarkowanym a bakteriomem, wyniki sugerują, że bakterie mają jedynie niewielki pośredni wpływ na powiązanie wiromu z astmą w wieku przedszkolnym. Zostało to dodatkowo potwierdzone przez odkrycie, że zarówno wyniki sygnatur wiromu, jak i bakteriomu lepiej odzwierciedlają związek z astmą niż którykolwiek z nich osobno, co wskazuje na niezależne i addytywne efekty.

Na koniec w badaniu zbadano wpływ ekspozycji na wirus astmy we wczesnym okresie życia na wirom astmy oraz powiązanie genetyczne między wiromem jelitowym a układem odpornościowym gospodarza w przypadku astmy w wieku przedszkolnym. Stwierdzono, że ryzyko astmy określone na podstawie wyniku sygnatury wiromu wydaje się zależeć od genotypu TLR9. Sugeruje to bezpośrednią interakcję między fagami a układem odpornościowym gospodarza, przyczyniając się do rozwoju astmy we wczesnym dzieciństwie.