Krooninen sairaus

tiivistelmä

Tässä tutkimuksessa käytimme ulosteesta profilointiin tunnistamiseen suolistobakteerien ja aineenvaihduntatuotteiden, jotka eri tavoin edustettuina ihmisillä peräsuolen syöpä (CRC) terveisiin kontrolleihin verrattuna tunnistamaan, miten mikrobien toimintaa voi vaikuttaa CRC kehitystä. Ulostenäytteitä kerättiin tervettä aikuista (n = 10) ja peräsuolen syövän potilaiden (n = 11) ennen paksusuolen resektiota leikkaus yliopiston Colorado Health-Poudre Valley Hospital Fort Collins, CO. V4 alue 16s rRNA oli pyrosequenced ja sekä lyhytketjuisten rasvahappojen ja globaalin uloste metaboliitit uutettiin ja analysoitiin käyttämällä kaasukromatografiaa-massaspektrometrialla (GC-MS). Ei ollut merkittäviä eroja yleinen mikrobien yhdyskuntarakenne tautiin liittyvän valtion, mutta useat bakteerisukuja, erityisesti butyraatti tuottavat lajit, olivat aliedustettuina CRC näytteissä, kun taas limaa hajottavien lajit,

Akkermansia muciniphila

, oli noin 4 kertaa suurempi CRC (p 0,01). Suhteellisesti suurempia määriä butyraatti nähtiin ulosteesta terveiden yksilöiden taas suhteelliset pitoisuudet asetaattia olivat korkeampia ulosteet CRC potilaista. GC-MS profilointi paljasti suurempia pitoisuuksia aminohappoja ulostenäytteissä CRC potilailla ja suurempi poly ja kertatyydyttymättömiä rasvahappoja ja ursodeoksikoolihapon, konjugoitu sappihapon ulostenäytteissä terveistä aikuisista (p 0,01). Vastaavaa analyysi välillä yhdistetyn aineistot paljastivat mahdollisista yhteyksistä uloste aineenvaihduntatuotteet ja eräiden bakteerilajien. Nämä järjestöt voisivat antaa käsityksen mikrobien toimintaa esiintyy syövän ympäristössä ja auttavat tulevien suorien mekaaniset tutkimukset. Käyttämällä integroitu ”omiikka” lähestymistavat voi osoittautua hyödylliseksi välineeksi tunnistamisessa funktionaaliset ryhmät ruoansulatuskanavan bakteerien ja niihin liittyvät aineenvaihduntatuotteiden uusia terapeuttisia ja chemopreventive tavoitteita.

Citation: Weir TL, manter DK, Sheflin AM, Barnett BA, Heuberger AL, Ryan EP (2013) Stool Microbiome ja Metabolomi erot peräsuolen syövän Potilaat ja terveillä aikuisilla. PLoS ONE 8 (8): e70803. doi: 10,1371 /journal.pone.0070803

Editor: Bryan A. White, University of Illinois, Yhdysvallat

vastaanotettu: 06 huhtikuu 2013; Hyväksytty: 24 Kesäkuu 2013; Julkaistu: 06 elokuu 2013

Copyright: © 2013 Weir et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Rahoitus: Tämä työ tukivat NIH NCI R03CA150070, Colorado Maatalous Experiment Station (CAES), ja Shipley Foundation. Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

terve ruoansulatuskanavan järjestelmä perustuu tasapainoisen kommensaali eliöstön säännellä prosesseja, kuten ravinnon energian sato [1], metabolia mikrobi- ja isännän johdetut kemikaalit [2], ja immuunijärjestelmän modulaatio [3]. Kertyvät viittaavat siihen, että läsnäolo Mikrobipatogeenien tai epätasapainon natiivi bakteeri yhteisö on mukana kehittämässä tiettyjä ruoansulatuskanavan syöpien. Syy-yhteyttä mahasyövän ja

Helicobacter pylori

on vahvistettu [4], mikä olettamusta, että muut isäntä liittyvät organismit ovat osallisina syövän etiologiassa.

Yhdistyksen välillä peräsuolen syöpä ( CRC) ja commensal bakteerit on epäilty vuosikymmeniä. Esimerkiksi

Streptococcus infantarius

(ent

S. Bovis

) tuli diagnostisesti tärkeä jälkeen todettiin, että verenmyrkytyksen takia tämän organismin usein liittyy peräsuolen kasvainsairaus [5], [6] . Kuitenkin varhainen tutkimukset liittämällä sukujen bakteerien paksusuolen syövän riski rajoittui kulttuuriin perustuvia menetelmiä, jotka eivät heijasta monimutkaisuutta maha mikrobiston [7] – [9]. Kehittäminen korkean suoritustehon sekvensointi on helpottanut yksityiskohtaisten tutkimusten ja suoliston mikrobiston ja perusteellisempi ja monimutkainen peräsuolen syöpä (CRC) -associated microbiome on syntymässä. Sobhani et ai. [10] totesi, että Bacteroides /

Prevotella

ryhmä yliedustettuna sekä ulosteesta ja limakalvon näytteitä yksilöiden paksusuolen syöpä verrattuna niiden syöpää vapaa kollegansa. He totesivat myös, että

Bifidobacterium longum

,

Clostridium clostridioforme

, ja

Ruminococcus bromii

ovat aliedustettuina näytteissä kyseiset henkilöt ja totesi, että puute korrelaation kasvaimen vaiheen /koko kanssa yliedustettuna väestön ehdotti edesauttava rooli bakteerien kasvainten kehittymiseen. Kaksi muuta tutkimuksessa, joka julkaistiin samanaikaisesti, tutkittiin mikrobiston läsnä kasvain limakalvolla ja viereisen tervettä kudosta yksilöiden paksusuolen syöpä ja molemmissa tutkimuksissa paljasti yliedustus

Fusobacterium spp

[11], [12], kun taas toiset ovat paljasti runsaasti

Coriobacteria

ja muut probiootti lajien [13], [14].

Herää kysymys, onko yliedustus erityisesti mikrobilajeihin ulosteessa ja limakalvonäytteistä on osoitus maksuihin rooli kehityksessä CRC tai seurausta kasvaimen ympäristö. Vaikka syy rooli suoliston eliöstön CRC kehitys ei ole osoitettu, on olemassa näyttöä siitä, että induktio proinflammatoristen vasteet commensals edistää kasvaimen aloittamista ja kehittäminen [10], [14]. Tuotanto genotoxins ja DNA vahingoittamatta superoksidiradikaalien ovat myös mekanismeja, joilla commensals voi edistää CRC kehittämiseen [15]. Vaihtoehtoisesti on oletettu, että tietyt probioottibakteereille toimivat kasvain silppurit, hyödyntämällä ekologisen kapealla luoma fysiologiset ja aineenvaihdunnan muutoksia kasvaimen mikroympäristössä [14].

selkeyttämiseksi rooli suoliston eliöstöön kehittäminen CRC, on tarpeen siirtyä taksonomisten yliedustus ja tutkia muutoksia CRC liittyvän microbiome entistä toiminnalliseen. Yksi tärkeä toiminnallinen parametri on, miten organismeina edistävät vuon aineenvaihduntatuotteiden ja jakautuminen ravinnon komponentteja. Siten metabonomiikalla, tutkimus globaalien muutosten aineenvaihduntatuotteiden vastauksena biologisten ärsykkeiden [16], on sovellettu tunnistaa ja kuvata toiminnallista microbiome joka ajaa aineenvaihdunnan muutokset liittyvät eri ruokavalioita, genotyypit, ja sairaustiloissa [17] – [19 ]. Stool aineenvaihduntatuotteiden profiilien on validoitu keinona arvioida suoliston mikrobien toimintaa [20] ja nykyinen tutkimus edistää kasvava luettelo gut mikrobien CRC microbiome, mutta myös hyödyntää metabonomiikalla lähestymistapa tunnistaa mahdolliset microbiome-Metabolomi vuorovaikutuksia.

Materiaalit ja menetelmät

Ethics lausunto

Kaikki yksilöt edellyttäen kirjallinen lupa ennen tutkimukseen osallistuneiden. Kaikki tutkimuksessa protokollat ​​hyväksyttiin Colorado State University (Protocol numerot 10-1670H ja 9-1520H) ja Poudre Valley Hospital-Coloradon yliopiston Health System Institutional Review Boards (Protocol numerot 10-1038 ja 10-1006).

Näytteenotto ja DNA Extraction

jakkara kerättiin terveiltä yksilöiltä (n = 11) ja äskettäin diagnosoitu paksusuolen syöpä potilailla (n = 10) ennen leikkausta paksusuolen resektio (taulukko 1-huomautus: ei kaikki näytteet altistettiin kaikkiin analyyseihin. Katso taulukko 1 alaviite). Hylkäämisperusteet kaikille osallistujille mukana antibioottien kahden kuukauden kuluessa tutkimuksen osallistumisen, ja säännöllinen käyttö tulehduskipulääkkeiden, statiinit, tai probiootteja. Yksilöt, jotka on raportoitu krooninen suoliston häiriöiden tai ruoka-aineallergiat /ruokavalion rajoituksia jätettiin pois tutkimuksesta. Muita syrjäytymisen CRC potilaista kemoterapiaa tai säteilyä hoitoja ennen leikkausta. Ulostenäytteitä säädetty -tutkimukset ennen antoa ennalta operatiivinen antibiootteja tai suolen valmisteluun. Näytteet kuljetettiin laboratorioon 24 tunnin kuluttua kokoelman TET. Stool homogenisoitiin, ja kolme suuriin osiin kerättiin steriilillä vanupuikkoja. DNA uutettiin kaikista näytteistä käyttäen MoBio Powersoil DNA: n uutto sarjat (MoBio, Carlsbad, CA) valmistajan ohjeiden ja säilytettiin -20 ° C: ssa ennen monistamista vaiheet.

pyrosekvensointi Analysis

monistaminen V4 alueen bakteerin 16S rRNA suoritettiin kolminkertaisena käyttäen alukkeita 515F ja 806R leimattiin 12-emäsparin virheen korjaava Golay viivakoodeja [21]. Kaksikymmentä ui reaktiot, jotka sisältävät 5 Prime Hot Master Mix (5 Prime, Inc., Gaithersburg, MD) monistettiin 94 ° C: ssa 5 minuuttia, mitä seurasi 35 sykliä 94 ° C 1 min, 63 ° C 1 min, ja 72 ° C: ssa 1 min, jota seurasi lopullinen pidentäminen 72 ° C: ssa 10 minuutin ajan. Jäljitellä PCR-reaktiot kustakin näytteestä yhdistettiin ja puhdistettiin geelillä käyttämällä GenElute Gel Extraction Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO), jota seuraa vielä puhdistus AMpure helmiä (Beckman Coulter, Indianapolis, IN) ja kvantitoitiin PicoGreen DNA-määritys (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) ennen kirjaston yhdistäminen. Pyrosekvensointi suoritettiin tekemällä sopimuksella University of South Carolina Engencore Yhdistelmät Facility käyttäen 454 Life Sciences GS FLX System standardin kemia.

Kaikki järjestyksessä lukea editointi ja käsittely suoritettiin Mothur Ver. 1,25 [22] käyttäen oletusasetuksia, ellei toisin mainita. Lyhyesti, sekvenssi lukee olivat (i) leikattu (bdiff = 0, pdiff = 0, qaverage = 25, MINLENGTH = 100, maxambig = 0, maxhomop = 10); (Ii) tasataan bakteeri-osajoukko SILVA linjaus saatavilla Mothur verkkosivuilla (https://www.mothur.org); (Iii) suodatetaan jäävät aukot; (Iv) seulotaan mahdollisten kimeerien käyttäen uchime menetelmää; (V) luokitellaan käyttäen Green Genes tietokanta (https://www.mothur.org) ja naiivi Baysian luokittelija [23] upotettu Mothur. Kaikki sekvenssit tunnistettu kloroplastiin poistettiin; (Vi) sekvenssit seulottiin (optimoida = MINLENGTH lopussa kriteerit = 95) ja suodatetaan (pystysuora = T, valtti =.) Siten, että kaikki sekvenssit kattaa sama geneettinen tila; ja (vii) kaikki sekvenssit olivat pre-klusteroitu (ero = 2) poistamaan mahdollisia pyrosekvensointi kohinaa ja aihekokonaisuuksien (calc = onegap, coutends = F, menetelmä = lähin) osaksi Otus [24]. Voit poistaa vaikutuksen otoksen koko paikkakunnan koostumuksesta mittareita, alaotoksia 1250 lukee valittiin satunnaisesti kustakin ulostenäytteestä. Sen jälkeen kokosi järjestyksessä lukee osaksi Otus (eli lähin-naapurit 3% geneettinen etäisyys) tai phylotypes (eli sekvenssit vastaavat yhteinen suku Green Geenit Database), samanlaiset alinäytteistää otettiin keskiarvo, jotta saadaan yksi yhteisö profiilin jokaiselle näyte. Näytteen koko riippumattomia arvoja alfa monimuotoisuuden yhteisölle kuvaajia kuten havaitaan lajien runsauden (

S

obs

), Chao1 arvioihin lajimäärissä (

S

Chao

), Shannon monimuotoisuus (

H ’

) ja tasaisuus (

E

H

) ja Simpsonin monimuotoisuus (1-D) ja tasaisuus (E

D) määritettiin sovittamalla 3- parametri eksponenttikäyrän [

y

=

y0

+

(1-e

-bx

)] ja rarified parametrien laajalla on 100-1250 järjestyksessä lukee, jossa asymptoottinen maksimit on yhtä suuri kuin summa

y0

ja

. Tehokas määrä lajeja laskettiin S

H = exp (H) varten Shannonin indeksin ja S

D = 1 /D Simpsonin. Kaikki sekvenssi data on julkisesti saatavilla kautta Sequence Lue Archive (SRA) tutkittavana hakunumerolla ERP002217, joka on saatavissa seuraavasta linkistä: https://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/ERP002217.

Nontargeted Metabolinen profilointi ja Data Processing Methods

sata milligrammaa lyofilisoitua ulostenäyte uutettiin kaksi kertaa 1 ml: lla 03:02:02 isopropanolia: asetonitriili: vesi pyöritettiin 14000 rpm 5 minuuttia ja supernatantit yhdistettiin. Uute kuivattiin käyttäen speedvac, suspendoitiin uudelleen 50 ul: aan pyridiiniä, joka sisälsi 15 mg /ml metoksiamiinihydrokloridia, inkuboitiin 60 ° C: ssa 45 minuutin ajan, käsiteltiin ultraäänellä 10 minuutin ajan, ja inkuboitiin vielä 45 min 60 ° C: ssa. Seuraavaksi 50 ui N-metyyli-N-trimetyylisilyylitrifluoriasetamidia 1% trimetyylikloorisilaania (MSTFA + 1% TMCS, Thermo Scientific) lisättiin ja näytteitä inkuboitiin 60 ° C: ssa 30 min, sentrifugoitiin 3000 x g 5 minuutin ajan, jäähdytettiin huoneen lämpötilaan, ja 80 ui supernatanttia siirrettiin 150 ui lasisisus on GC-MS: n autosampler- pulloon. Metaboliitteja todettiin käyttämällä Trace GC Ultra kytketty Thermo DSQ II (Thermo Scientific). Näytteet injektoitiin 1:10 jakosuhteen kahdesti erillisissä satunnaistettiin lohkoissa. Erottaminen tapahtui käyttäen 30 m TG-5MS sarake (Thermo Scientific, 0,25 mm id, 0,25 pm kalvon paksuus), jossa on 1,2 ml /min helium kaasun virtausnopeus, ja ohjelma koostui 80 ° C 30 sekuntia, ramppi 15 ° C per min 330 ° C: ssa, ja 8 min pito. Massat välillä 50-650

m /z

skannattiin 5 skannausta /sek kuluttua Elektronitörmäysionisaatio. Jokaisesta näytteestä, matriisi molekyylien ominaisuuksia, jotka on määritelty retentioajan ja massa (

m /z

) synnytettiin käyttäen XCMS ohjelmiston [25]. Ominaisuuksia normalisoitiin yhteensä ionivirran, ja suhteellinen määrä kunkin molekyyli ominaisuus määritettiin keskimääräinen alue kromatografisen piikin joukossa rinnakkaista injektiota (n = 2). Molecular ominaisuuksia muodostettiin huippu ryhmiin käyttäen AMDIS ohjelmistojen [26], ja spektrit seulottiin National Institute for Technology Standards (www.nist.gov) ja Golm (https://gmd.mpimp-golm.mpg.de/) aineenvaihduntatuote tietokantoihin tunnistamista.

SCFA määritys.

Ulostenäytteet uutettiin lyhyitä rasvahappoja sekoittamalla 1 g pakastettuja ulostetta happamaksi tehdyllä vedellä (pH 2,5) ja sonikoitiin 10 minuuttia. Näytteet sentrifugoitiin ja suodatettiin 0,45 uM nailonsuodattimille ja säilytettiin -80 ° C: ssa ennen analyysiä. Näytteet analysoitiin käyttäen Trace GC Ultra kytketty Thermo DSQ II skannaus

m /z

50-300 nopeudella 5 skannausta /toinen elektroni vaikutus tilassa. Näytteet injektoitiin 10:01 jakosuhde, ja sisääntulon pidettiin 22 ° C: ssa ja siirtolinjaa pidettiin 230 ° C: ssa. Erotus saavutettiin 30 m TG-WAX-pylväs (Thermo Scientific, 0,25 mm ID, 0,25 pm kalvon paksuus) käyttäen lämpötilan ohjelmaa 100 ° C 1 min, ramped 8 ° C minuutissa 180 ° C, pidettiin 180 ° C: ssa yhden minuutin ajan, nostettiin 200 ° C: seen 20 ° C /minuutti ja pidetään 200 ° C: ssa 5 minuutin ajan. Helium kantaja virtaus pidettiin 1,2 ml per minuutti. Peak alueita integroitiin Thermo Quan ohjelmistoa käyttäen valikoitujen ionien kullekin lyhytketjuisten rasvahappojen, ja alueet normalisoitiin koko signaalia.

Tilastollinen analyysi

erot bakteeri phylotypes ja globaali aineenvaihduntatuotteiden välillä näytteitä terveiltä yksilöiltä ja paksusuolen syöpäpotilaiden määritettiin AMOVA ja opiskelijan t-testejä merkitys sulku 0,01. Phylotypes ja aineenvaihduntatuotteiden, jotka olivat merkittävästi erilaisia ​​ryhmien välillä hiottiin edelleen poistamalla merkkiaineiden oli vähemmän kuin 25 yhteensä lukee (bakteerit) tai rajatapaus tausta signaaleja (aineenvaihduntatuotteiden) tai jotka olivat läsnä vähemmän kuin 3 yksittäisten näytteiden. Lyhytketjuisten rasvahappojen pitoisuudet määritettiin kahdessa erillisessä kromatografia-ajosta, joten painotettu keskiarvo laskettiin kullekin määrällisesti yhdistettä ja tilastollisia eroja ulostenäytteitä terveiltä yksilöiltä ja paksusuolen syövän potilaille määritettiin käyttämällä yhdistettyä mallia ANOVA koe edustavat satunnainen vaikutus ja tautitilanne kiinteänä vaikutus (XLSTAT 2011,1, Addinsoft Corp, Pariisi, Ranska). Korrelaatioita aineenvaihduntatuotteet ja bakteerit määritettiin käyttämällä Pearsonin r kohtuullisella korrelaatio joka merkitään r≥0.50 ja vahva korrelaatio joka merkitään r≥0.70.

Tulokset ja keskustelu

Alpha ja Beta Diversity ulosteessa Biota

Tyypillinen yhteisö kuvaajien alfa monimuotoisuuden molekyylien mikrobien tietoihin sisältyy Toteutuneiden ja arvioitujen OTU rikkaus, ja indeksit väestön monimuotoisuuden ja tasaisuus. Järjestelmissä, joissa taudinaiheuttajat tuodaan (esimerkiksi

Helicobacter pylori) B on merkittyjä laskua arvioiden monimuotoisuuden ja tasaisuus [27] viittaa siihen, että nämä indeksit voivat olla hyödyllisiä ennustavat infektio. Tutkimme näitä parametreja ulostenäytteissä terveiltä yksilöiltä ja ne, joilla CRC nähdä, jos niitä voitaisiin käyttää ennustajina sairauden state.We havaittu mitään merkittäviä eroja on 3% geneettinen etäisyys keskimääräinen monimuotoisuuden tai tasaisuus ulosteesta mikrobiyhteisöjen terveistä yksilöitä verrattuna niihin, joilla CRC (taulukko S1). Keskimääräinen kattavuus saatu 1250 lukee näytettä kohti oli 84% ja 86% terveillä ja paksusuolensyöpä näytteitä vastaavasti. Keskimääräinen todellinen moninaisuus kunkin ryhmän ehdotti suuntaus kohti korkeampia bakteerien monimuotoisuus ulostenäytteissä terveiden yksilöiden (S

H = 63

, S

D = 20) verrattuna CRC potilaista (S

H = 46

, S

D = 15); Kuitenkin yksilöiden välinen vaihtelu oli liian suuri saavuttaa tilastollista merkittävyyttä. Näiden tietojen perusteella ehdotamme, että alfa monimuotoisuus kuvauksia ulosteesta mikrobiston eivät osoita tautitilan CRC; vaikka rajoitus Tämän tutkimuksen että vain ulostenäytteitä eikä kudoksen limakalvon analysoitiin. Huolimatta luontaisista eroista ulosteessa ja limakalvojen mikrobiyhteisö meidän havainnot ovat yhdenmukaisia ​​muiden julkaisuja bakteerien kokonaismäärä monimuotoisuuden ja tasaisuus arvioiden välillä CRC ja terveen ulosteen ja kudos /mucosasamples [10].

Tämä yksilöiden välisiä eroja näkyi myös arvioissa beta monimuotoisuuden jossa vähäinen samankaltaisuus kokonaiskulutuksesta mikrobien koostumusta yksilöiden välillä havaittiin määritettynä käyttäen painottamaton Jaccard etäisyyden (J

luokka) vertailla yhteisön jäsenyyden (kuvio 1A) ja Yue ja Claytonin [28] index (Θ

YC) vertailla yhdyskuntarakenteet (kuvio 1 B). Tämän vuoksi vaihtelua, ei kuvioita koko yhteisössä koostumus välillä ei havaittu ulostenäytteitä CRC potilaiden ja terveiden yksilöiden.

Taksonominen Erot CRC ja Terveet ulostenäytteet

tautinsa tutkimukseen osallistuneista ei aja yleistä yhdyskuntarakenteeseen ulosteen mikrobiston ja koostumus ja suhteellinen runsaus suurimmista phyla olivat samanlaisia, vaikka oli ei-merkitsevä suuntaus kohti korkeampia Verrucomicrobia näytteissä paksusuolen syöpäpotilaiden (kuva 2). Oli myös korkeampaa Synergetes syövän ryhmässä, mutta tämä johtui yhden henkilön äärimmäisen suuri osuus tämän phyla ja ei edustanut koko Sekvensoidun syöpä väestöstä. Kuitenkin suvun /lajitasoa oli useita OTU: n, jotka olivat merkittävästi aliedustettuina ulosteessa paksusuolen syöpäpotilaiden verrattuna terveisiin yksilöihin (taulukko 2). Näitä ovat useat gramnegatiiviset

Bacteroides

ja

Prevotella spp

. jotka on aiemmin eristetty ihmisen ulosteesta, mutta eivät ole hyvin ominaista suhteen niiden rooli suoliston toimintaa tai yleiseen terveyteen. Kaksi

Prevotella

lajia tunnistettu olivat paitsi aliedustettuina, mutta olivat täysin poissa paksusuolensyöpä analysoitujen näytteiden.

Prevotella

oli hallitseva sukujen raportoitu ulosteesta lasten maaseudulla yhteisö Burkina Fasossa mutta poissa kohortin Italian lasten ja tutkimuksen kirjoittajat arveltu, että

Prevotella

auttoi maksimoimaan energian sadonkorjuun kasvipohjainen ruokavalio [29]. Siksi on mahdollista, että korkeampi

Prevotella

terveillä kohortin voi heijastaa eroja kuidun saanti ja muiden kasvien yhdisteitä verrattuna yksilöiden paksusuolen syöpä. Tällä suvun tasolla, Shen et al [30] löydetty

Bacteroides spp.

Rikastettu koolonkudoksessa terveiltä yksilöiltä verrattuna adenooma kudokseen. Lachnospiracae ja jäsenet suvuista

Dorea

ja

Ruminococcus

myös previosly raportoitu hallitseva phylotypes ajo eroja terveiden ja syöpä- kudosnäytteiden [13]. Toinen Otus että havaitsimme, kuten

Dialister spp.

Ja

Megamonas spp

. ei ole aiemmin raportoitu paksusuolen syöpä; väheni kuitenkin populaatiot

Dialister invisus

on raportoitu Crohnin tauti [31].

H näyte numerot osoittavat näytteitä terveillä aikuisilla, kun taas C nimitys merkitsee näytteiden paksusuolen syöpäpotilaiden.

esiintyi vähemmän tunnistettavissa bakteerit, jotka olivat yliedustettuina paksusuolen syövän väestöstä (taulukko 3). Selkeimmin havaitsimme, että limaa hajottavien bakteerien,

Akkermansia muciniphila

, joka edusti suhteellisen suuri prosentteina sekvenssit, oli läsnä merkittävästi suuremmasta osuudesta ulosteissa paksusuolen syövän potilaille. Tämä bakteeri on yleinen jäsen paksusuolen mikrobiston ja äskettäin osoitettiin vähennettävä ärtyvän suolen oireyhtymä ja Crohnin tauti [32]; kuitenkin uudempi raportti osoitti lisääntynyt

. muciniphila

haavaisen koliitin liittyviä pouchiitti [33]. Kahdenlaisia ​​musiineja, MUC1and MUC5AC ovat reportedely yliekspressoituu koolonsyöpien [34], mikä viittaa siihen, että havaittu CRC liittyviä nousu

. muciniphila

populaatiot voi johtua lisääntyneestä alustan saatavuus.

Citrobacter farmeri

, jossa voidaan hyödyntää sitraattia ainoana hiililähteenä, oli suurempi näytteissä paksusuolen syövän potilaille, mutta edustaa paljon pienempi osuus koko bakteerien sekvenssit.

Citrobacter farmeri

kuuluu ryhmä suolistobakteerien, joka sisältää useita patogeenisiä lajeja kuten

Salmonella

ja

Shigella,

ja joka on aryyliamiiniin

N

-acetyltransferase toimintaa, joka voi olla mukana aktivointi karsinogeenien ja xenobiotic aineenvaihdunta [35].

ikä ja painoindeksi ovat muita tekijöitä, joilla on merkitystä muotoilemassa suoliston mikrobien yhteisöjä. Useat raportit ovat osoittaneet korrelaation suhde Bacteroidetes on firmicutes ja lihavuus [1]. Teimme regressoitava lineaarisesti välillä suhteellinen runsaus kunkin taksonien joka vaihteli huomattavasti CRC ja terveen jakkarat (katso taulukot 2 ja 3) ja BMI ja ei tapahtunut merkittäviä korrelaatioita (taulukko S2). Lisäksi ikääntyminen on liittynyt alentunut suojaavassa commensal anaerobit, kuten

Feacalibacterium prausnitzii,

ja kasvu

E. coli

[

36

]. Teimme löytää negatiivista korrelaatiota iän osallistujia ja

Dorea formicagens

(R

2 = 0,354; p = 0,041) ja

Ruminococcus obeum

(R

2 = 0,434 ; p = 0,020), molemmat jäsenet Clostridium XIVa ryhmä, mikä viittaa siihen, että erot ikäluokkien osalta näiden kahden lajin voi olla erojen vuoksi keski-ikä osallistujia kunkin ryhmän sijasta CRC taudin tilasta. Tietääksemme väheneminen väestöstä Clostridium XIV ryhmän jäseniä ei ole aiemmin liittyy ikääntymiseen, mutta on liittynyt dysbiosis liittyvät suoliston tulehdustilat kuten Crohnin tauti [37]. Mikään muu bakteeri taksonien tunnistettu korreloivat iän (taulukko S3). Tämän vuoksi päättelemme, että suurin osa taksonien joka vaihteli huomattavasti ulostenäytteissä terveiden ja CRC kohortteja oli seurausta tautinsa eikä eroja iän tai BMI.

lyhytketjuiset rasvahappo Analysis

lyhytketjuisia rasvahappoja (SCFA), erityisesti butyraatti, on laajalti tutkittu mikrobien aineenvaihduntatuotteita raportoitu olevan anti-tuumorigeenisiä vaikutukset [38]. SCFA: n imeytyvät ja hyödynnetään vastaanottavassa kudoksia, jotta tunnistus ulosteesta pidetään tyypillisesti osoitus tuotannon ylittävät sen, mitä voidaan hyödyntää isäntä [29]. Me ja muut [10], [13] ovat havainneet, että lajin butyraatti tuottavien bakteerien, kuten

Ruminococcus spp

. ja

Pseudobutyrivibrio ruminis

, olivat alhaisempia ulostenäytteissä CRC potilailla verrattuna terveisiin kontrolleihin. Siksi me määrällisesti useita lyhyitä rasvahappoja pakastetusta ulostenäytteissä. Kolme suurta SCFAs tuotettu mikrobien aineenvaihduntatuotteita, asetaatti, propionaatti, ja butyraatti, olivat kaikki havaittu olivat valeriaanahappo, iso-, isovaleriaanahappo, kapronihappo, ja heptaanihapon hapot. Näistä etikkahappo ja valeriaanahappo hapot olivat merkittävästi korkeampia ulostenäytteissä CRC potilailla (p 0,0001 ja p = 0,024 vastaavasti), kun taas voihappo oli huomattavasti korkeampi ulosteet terveiden yksilöiden (p 0,0001; kuvio 3). Mitään eroja propionihappo havaittiin näiden kahden ryhmän välillä. Butyraattia pidetään yhtenä tärkeimmistä ravintoaineista normaali colonocytes, ja yksin tai yhdessä propionaatti on osoitettu vähentävän proliferaatiota ja indusoi apoptoosia ihmisen paksusuolikarsinoomat [39]. Vaikka asetaatti on tärkeä SCFA ylläpitämiseksi paksusuolen terveydelle ja sen prekursorin molekyylin endogeenisen kolesterolin tuotantoa, kohonneet Tämän metaboliitin on aiemmin liittynyt CRC ihmisellä [40]. Asetaatti voidaan käyttää tuottamaan butyraattia ja suhteellinen eroja näiden metaboliittien välillä CRC ja terve näytteitä voidaan heijastaa ehtyminen paksusuolen mikrobeja, jotka voivat suorittaa tämän reaktion CRC näytteitä tai se voi olla seurausta hajoaminen butyraatti asetaatiksi alhaisessa paksusuolen pH liittyvä CRC. Havaitsimme myös huomattavasti korkeammat suhteelliset pitoisuudet isovoihapon (p 0,0001) ja isovaleriaanahappoa (p = 0,002) näytteissä yksilöiden CRC (kuvio 3). Nämä kaksi SCFA: n tulos bakteerien aineenvaihduntaa haaraketjuisia aminohappoja valiini ja leusiini, jotka olivat myös korkeampia CRC ulostenäytteissä (taulukko 4), ja se voi selittää merkittävä kasvu havaittiin näiden kahden SCFAs CRC väestöstä.

Etikkahappo, valeriaanahappo, isovoihappoa, ja isovaleriaanahappo pitoisuudet olivat suhteellisesti suurempi, kun taas anti-proliferatiivinen SCFA, voihappo oli huomattavasti pienempi.

Global Jakkara Metaboliitit

Ulostenäytteet mahdollistavat arvioida bakteerien asuvat suolen onteloon, ja siksi, ulosteet pieniä molekyylejä katsotaan johtuvan co-aineenvaihdunnan tai metabolisen välistä mikrobien ja isännän soluihin [13]. Global aineenvaihduntatuote profilointi suoritetaan tässä on lyofilisoitua ulostenäytteitä edellyttäen oivalluksia suhdetta mikrobien ja aineenvaihduntatuotteiden, ja lainata tunnistamiseen romaani CRC metabolisen biomarkkereita. Valvotun monimuuttuja analyysimenetelmä, Orthogonal projektio Latent Structures-Diskriminanttianalyysi (OPLS-DA), joka helpottaa tulkintaa erikseen mallintamalla ennakoivaa ja kohtisuorassa (ei-ennustava) muuttujia, käytettiin määrittämään, jos ei-kohdennettu GC-MS-profiilit olivat ennustavia taudin tilasta luovuttajan. OPLS-DA osoitti tyydyttävää mallinnus- ja ennustamiskykyä tämän aineisto (R2Y = 0,986; QY2 = 0,927), paljastaen selvä erottaminen ulosteesta metabolinen ominaisuuksia kaksi ryhmää (kuvio 4), mikä viittaa siihen, että läsnä ollessa tai ilman CRC on tärkeä tekijä, vaihtelua ulosteesta metaboliitteja.

verrattuna terveisiin kontrolleihin, ulosteesta Metabolomi analyysi paljasti 11 aminohappoa, joka osoitti 41-80%: n nousu ulostenäytteissä yksilöiden CRC (taulukko 4). Syyt jotka voisivat selittää tätä CRC-liittyvä kasvu aminohappo pitoisuudet voivat sisältää, mutta ei rajoitu eroista proteiinin kulutustottumusten, tulehduksen aiheuttama väheneminen ravintoaineiden imeytymistä, ja lisääntynyt autophagy liittyvät kasvainsoluihin johtaa kerääntymisen aminohapon altaat [41]. Mikrobiologinen hajoaminen ravinnon proteiinien distaalisen paksusuolen on putreficative prosessi, joka johtaa myrkyllisten amiineja, ja voi selittää lisääntyneen vapaiden aminohappojen havaitsimme CRC ulostenäytteissä. Lisääntynyt pitoisuus kaikkien aminohappojen paitsi glutamiinia on aiemmin raportoitu mahan ja paksusuolen kasvaimen kudokset verrattuna terveeseen kudokseen [42]. Kirjoittajat arveltu, että kasvainsolut voivat osoittaa lisääntynyttä gluta- avulla saadaan aikaan glutamiinin muuntaminen glutamaatti. Yhdenmukaisesti näiden havaintojen näimme myös suuri lisäys, noin 76%, vuonna glutamaatti ilman vastaavaa kasvua glutamiini ulostenäytteissä paksusuolen syöpäpotilaiden. Toinen tuore tutkimus käyttäen NMR tunnistamaan ja havaitsemaan aineenvaihduntatuotteiden ulosteesta vesi otteita terve ja CRC näytteet osoittivat, että CRC näytteillä oli noin 1,5-kertaisesti korkeampi kysteiini, proliini, ja leusiini [43]. Lisääntynyt pitoisuudet proliini, seriini ja treoniini, että havaittiin CRC-otokset voitaisiin myös johtua hajoamisesta suoliston musiineja, jotka muodostuvat pääasiassa glykoproteiinien runsaasti näitä aminohappoja [44]. Tämä on sopusoinnussa rikastamista

Akkermansia muciniphila

, musiinialue hajottavia bakteereita, havaittiin CRC ulostenäytteissä; vaikka emme nähneet vahva korrelaatioita suhteellinen osuus näiden bakteerien ja spesifisen aminohapon pitoisuudet.

oli korkeampi glyserolia sekä useita tyydyttymättömiä rasvahappoja havaittiin ulostenäytteissä terveiden yksilöiden. Ihmisen syöpäsolut ovat tunnetun liikennejärjestelmä ottoa glyserolia, mikä viittaa ulosteesta glyseroli saattaa olla pienempi CRC koska se on tarttunut syöpäsoluja. Vaihtoehtoisesti bakteeri-lipaasien läsnä terveillä henkilöillä saattaa helpottaa metaboliaa ruokavalion ja endogeenisesti tuotetun triasyyliglyserolien, jolloin lopullinen hajoamistuotteita glyserolia ja vapaita rasvahappoja. Lisäksi glyseroli, rasvahapot, joka vastaa parhaiten metabolomic allekirjoituksia linolihappo, ja stereoisomeerit öljyhappoa olivat myös korkeampia kuin kontrolleissa (taulukko 4). Lopuksi ursodeoksikoolihapon (UDCA), sekundaarinen sappihappoja tuottama suolistobakteerien oli noin 63% korkeampi terveillä henkilöillä verrattuna CRC. Vaikka useat sappihappoja kuten lithicolic happo ja deoksikoliinihapporyhmä on liittynyt tuumorigeneesiprosessin UDCA on osoittanut chemopreventive vaikutuksia prekliinisissä ja eläinmalleissa CRC [45].

korrelaatio analyysi microbiome ja Metabolomi paljastivat vahvan yhdistykset välillä joidenkin jäsenten ulosteen mikrobiston ja ehdokas aineenvaihduntatuotteiden.