Los investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham han realizado la primera demostración directa de que los microbios de donantes fecales permanecieron en receptores durante meses o años después de un trasplante para tratar la diarrea y la colitis causadas por recurrentes Clostridium difficile infecciones: una causa grave y obstinada de diarrea después de un tratamiento con antibióticos para alguna otra enfermedad.
Si bien los médicos han planteado la hipótesis de que el trasplante de microbiota fecal, o FMT, tienen éxito porque restauran la flora microbiana faltante en el intestino de un receptor de trasplante fecal, nadie ha demostrado directamente la colonización de cepas de donantes microbianos específicos en pacientes receptores o cuáles son esas cepas.
En dos pacientes, el grupo UAB mostró que ciertas cepas microbianas de los donantes persistieron hasta dos años después de un FMT. Otros cinco pacientes mostraron persistencia de las cepas de los donantes en los receptores durante tres a seis meses, los tiempos más largos probados, después de un FMT.
Para detectar el destino de las cepas microbianas de los donantes en receptores, Ranjit Kumar, Ph.D., Elliot Lefkowitz, Ph.D., Martin Rodriguez, MD, Casey Morrow, Ph.D., y sus colegas de la UAB desarrollaron un método queutiliza la detección de variaciones de un solo nucleótido en genomas microbianos, en combinación con un nuevo algoritmo bioinformático, para identificar microbios relacionados.
"Es esencialmente una 'huella digital' personalizada del microbioma", dijo Kumar, científico investigador del Centro de la UAB para el Instituto de Informática de Ciencias Clínicas y Traslacionales.
Este novedoso método puede ayudar a explicar por qué los FMT para infecciones recurrentes por 'C. diff' tienen éxito el 90 por ciento de las veces, una tasa mayor que la terapia con antibióticos, y el método también puede advertir sobre cambios en la microbiota intestinal quepuede estar asociado con enfermedades metabólicas como diabetes u obesidad, así como con enfermedades como colitis ulcerosa o enfermedad de Parkinson.
"En general, las personas están evaluando ciertos cambios en el microbioma humano como un predictor de enfermedades", dijo Lefkowitz, profesor del Departamento de Microbiología de la UAB y director de UAB CCTS Informatics. "Hemos ampliado la resolución de lo quepuede detectar en el microbioma intestinal, no solo al género o especie, sino a la detección de cepas individuales ".
"La interrupción de la estructura de la comunidad microbiana intestinal puede afectar la salud general del huésped y provocar o exacerbar enfermedades metabólicas", dijo Morrow, profesor emérito del Departamento de Biología Celular, del Desarrollo y Integrativa de la UAB.formar la piedra angular de un enfoque de medicina personalizada para mejorar la salud humana al proporcionar un sistema de alerta temprana para detectar la interrupción de la estructura de la comunidad microbiana intestinal ".
"Este sistema de alerta temprana podría usarse para indicar el uso de intervenciones", dijo Morrow, "como los trasplantes de microbios, diseñados para mantener la estructura de la comunidad microbiana intestinal necesaria para la función metabólica eficiente necesaria para la salud humana".
Detalles del estudio
Las superficies del cuerpo humano que están expuestas al ambiente externo están habitadas por una gran cantidad de bacterias, a menudo llamadas microbiota o microflora. Esos microbios igualan o pueden superar el número de células humanas en el cuerpo, y el 70 por ciento deLa microbiota de una persona se encuentra en el tracto gastrointestinal.
Este microbioma intestinal juega un papel importante en la salud humana, y el desequilibrio de este microbioma puede contribuir a muchos estados de enfermedad. Recurrente C. difficile la infección es un excelente ejemplo en el campo emergente de la investigación de microbiomas humanos.
C. difficile las infecciones tienen costos de atención médica estimados en miles de millones de dólares, y a pesar del uso de antibióticos más potentes para tratar de eliminar C. difficile , los pacientes tienen una tasa de recurrencia del 20 por ciento. El riesgo de episodios adicionales es aún mayor después de una tercera recurrencia de C. difficile .
FMT se ha convertido en una opción de tratamiento cada vez más común para recurrente C. difficile , con una tasa de éxito del 90 por ciento para aliviar los síntomas y restaurar la salud. En el tratamiento, se administra al paciente hasta media libra de materia fecal en solución salina de un donante sano a través de una sonda nasogástrica, como en el tratamiento actualestudio u otras rutas como la colonoscopia.
Si bien la secuenciación de los genes del ARN ribosómico 16S puede identificar especies y su prevalencia en el intestino, ese enfoque no puede identificar y seguir una cepa individual de donante a receptor. Por lo tanto, los investigadores de la UAB recurrieron a la secuenciación completa de los genomas bacterianos de la microflora intestinal,tanto en los donantes de trasplante como en los receptores de trasplante antes y después de FMT, y estas secuencias se compararon con las secuencias del genoma estándar para 93 especies de bacterias 71 especies que son más abundantes en el microbioma sano y 22 especies que se encuentran abundantes en FMTdestinatarios.
Dado que el ruido de una pequeña región de un genoma bacteriano con mucha alteración del ADN puede ocultar la identificación de una sola cepa al crear artificialmente un gran número de variantes de nucleótidos individuales, o SNV, los investigadores de la UAB utilizaron un enfoque de similitud basado en ventanasel genoma proporciona una determinación más precisa de la variabilidad verdadera. En lugar de una resolución a nivel de variante de un solo nucleótido, compararon las variantes en ventanas cortas y consecutivas de secuencias de ADN que abarcan el genoma bacteriano. La elección del tamaño de la ventana puede ser de 100 a1,000 pares de bases, dependiendo del conjunto de datos: se usaron 1,000 ventanas de pares de bases en este estudio. Calificar cada ventana como similar o no similar es como votar. La similitud basada en ventanas SNV, o WSS, es el número de ventanas similares divididaspor el número total de ventanas, similar más diferente, expresado como un porcentaje.
Los investigadores de la UAB luego aplicaron el método WSS a los datos metagenómicos de un conjunto de 136 metagenomas del NIH Human Microbiome Project: las secuencias de ADN de microbiota de 51 individuos muestreados una vez, 41 individuos muestreados dos veces y un individuo muestreado tres veces, totalizando 1.3billones de bases de ADN. El WSS se calculó para todas las posibles comparaciones por pares de muestras para cada especie microbiana, lo que reveló que las muestras del mismo individuo tomadas en dos momentos separados tenían un WSS distintivamente más alto que las muestras no relacionadas a nivel de especie.Los datos del WSS como características, entrenaron un modelo de clasificación, mediante regresión logística, para cada especie bacteriana; luego pudieron identificar un valor de corte del WSS estadísticamente significativo para cada especie que diferenciaba una muestra relacionada, es decir, una muestra de la misma personaen diferentes puntos de tiempo, de muestras no relacionadas de dos personas diferentes.
El modelo de clasificación se aplicó al WSS de todas las posibles comparaciones por pares de secuencias de microbioma de muestras fecales de seis donantes y siete receptores de FMT tratados en la UAB C. difficile infecciones se usó uno de los donantes para dos trasplantes. Las muestras se obtuvieron de uno a seis meses después del trasplante cuando debió haberse producido la colonización del intestino con microbios donantes; se obtuvieron segundas muestras a los dos años posteriores a la FMT para dos de los trasplantes.siete trasplantes.
Para los siete FMT, se encontraron microbios donantes en los receptores, medidos por los puntajes de WSS por encima del límite para cada especie en particular, y los dos receptores que se analizaron a los dos años mostraron persistencia de los microbios donantes.
Bacteroides spp. Fueron el microbio donante más común encontrado en los receptores después del trasplante; pero cada receptor mostró un patrón general diferente de especies microbianas del donante, destacando la complejidad de la ecología microbiana en el ambiente del tracto gastrointestinal.
Los microbios donantes encontrados en los siete receptores incluyeron nueve especies de Bacteroides, dos especies de Alistipes y Parabacteroides, y especies únicas de Acidaminococcus, Akkermansia, Barnesiella, Coprococcus, Eubacterium, Faecalibacterium, Prevotella y Ruminococcus.
"La demostración de que ciertos microbios trasplantados pueden persistir por hasta dos años demuestra el potencial de usar FMT para cambios a largo plazo en la composición de las comunidades de microbios del tracto gastrointestinal", dicen los investigadores de la UAB en el artículo de Biofilms and Microbiomes que describe su"Los resultados de nuestro análisis proporcionan nuevos conocimientos sobre la ecología de los nichos del tracto gastrointestinal humano que son esenciales para el desarrollo de nuevos enfoques para mejorar la salud a través de la manipulación de esta comunidad microbiana compleja".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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