Adresă corespondență către: Cerano C. Da Silva, BS, MPhil, Departamentul de Științe Pre-Clinice, Facultatea de Științe Medicale, Universitatea din Indiile de Vest, St. Campusul Sf. Augustin, St. Augustin 350462, Trinidad

obezitatea

Departamentul de Științe Preclinice, Facultatea de Științe Medicale, Universitatea din Indiile de Vest, St. Augustin, Trinidad.

Universitatea Augusta-Parteneriatul Medical al Universității din Georgia, Atena, GA.

Departamentul de Științe Preclinice, Facultatea de Științe Medicale, Universitatea din Indiile de Vest, St. Augustin, Trinidad.

Abstract

Fundal: Obezitatea la copii continuă să fie o epidemie globală. Având în vedere concentrarea recentă pe rolul potențial al microbiotei intestinale în dezvoltarea obezității și creșterea continuă a obezității în copilăria din întreaga lume, a devenit necesar ca asocierea dintre microbii intestinali și greutate să fie explorată în regiuni neexplorate anterior, precum insula Caraibelor. din Trinidad. Ca atare, obiectivul nostru a fost de a caracteriza compoziția microbiotei intestinale la copiii cu obezitate/supraponderalitate și copii cu greutate normală pentru a determina dacă există microbi intestinali asociați cu supraponderalitatea și obezitatea.

Metode: Cincizeci și unu de copii au furnizat probe de scaun, iar IMC-urile lor au fost calculate și clasificate. Ampliconii 16S din probele de scaun au fost codate individual și secvențiate în multiplex în platforma NextSeq 500 într-o modalitate de 150 bp-end și a fost generat un profil complet de microbiom intestinal.

Rezultate: Abundența relativă și diversitatea microbiotei slabe și a copiilor cu obezitate/supraponderalitate au fost analizate una față de cealaltă și au arătat că copiii cu obezitate/supraponderalitate au înregistrat semnificativ mai mult (p = 0,001) Firmicutes și semnificativ mai puțin Bifidobacteriump = 0,039) decât copiii cu greutate normală. Copiii cu obezitate/supraponderalitate au înregistrat, de asemenea, semnificativ (p = 0,009) a redus diversitatea alfa comparativ cu copiii slabi.

Concluzie: Acest studiu a arătat asocieri de Firmicutes la obezitate/supraponderalitate și specii Bifidobacterium cu greutate sănătoasă la copii.

Introducere

După naștere, tractul intestinal al sugarilor trece treptat de la sterilitate la colonizarea microbiană densă în primii 3 ani de viață. Odată ce se formează o colonizare echilibrată cu bacterii comensale, aceasta previne invazia și colonizarea cu agenți patogeni și ajută la modularea imunitară, metabolismul nutrienților, fiziologia gazdei și menținerea barierei intestinale. 7.8 Cu toate acestea, perturbarea acestui echilibru sau disbioza a fost legată de patogeneza multor boli, inclusiv obezitatea, sindromul metabolic, diabetul, astmul, ateroscleroza și sindromul intestinului iritabil. 9.10

Modul în care compoziția microbiotei intestinale ar putea duce la dezvoltarea obezității sa presupus că se datorează a trei mecanisme. În primul rând, microbii intestinali ar putea afecta nivelurile de lipopolizaharidă din sânge, ceea ce ar crea o inflamație cronică sistemică, rezultând o predispoziție la obezitate și diabet. În al doilea rând, microbii pot extrage energie din polizaharide nedigerabile, oferind astfel calorii suplimentare gazdei. În al treilea rând, microbii intestinali pot regla, de asemenea, genele gazdă asociate cu consumul și stocarea de energie. 11,12 S-a dovedit că abundența relativă a filelor bacteriene specifice este mai frecventă la animalele obeze și la oameni. Un raport crescut Firmicutes-la-Bacteroides a fost arătat la șoarecii obezi cu deficit de leptină și la copiii cu obezitate în comparație cu omologii slabi. 13.14

Metode

Criterii de înscriere a subiectului

Propunerea de studiu a fost aprobată de Comitetele de Etică ale Universității din Indiile de Vest, St. Campus Augustin și Autoritatea Regională de Sănătate Centrală Nord (NCRHA). Cincizeci și unu de copii în vârstă de școală (6-14 ani) care frecventau oricare dintre cele două instituții medicale, Complexul de Științe Medicale Eric Williams (EWMSC) sau Arima Health Facility, pentru gestionarea alergiilor, au fost recrutați la întâmplare. Acești copii erau sănătoși, în afară de alergii, și erau excluși în mod specific dacă existau antecedente de infecții gastrointestinale sau diaree; a luat antibiotice în ultimele 3 luni; foloseau un probiotic sau aveau un diagnostic de imunodeficiență. Consimțământul semnat a fost obținut de la părinți și participanți.

Măsurarea și clasificarea IMC

Au fost luate măsurători ale înălțimii și greutății participanților la studiu pentru calculele IMC. Formula IMC utilizată a fost greutatea (kg)/înălțimea (m 2), iar pacienții au fost clasificați în slabă, supraponderală, obeză utilizând curbele OMS pentru creșterea copilului. Copiii cu IMC între percentila 85 și 97 au fost considerați supraponderali și mai mari decât 97 au fost clasificați obezi. Copiii care au fost clasificați pe baza percentilei lor ca fiind supraponderali și obezi au fost grupați ca o categorie față de copiii cu greutate normală.

Colectie de mostre

Participanții la studiu au primit fiecare un kit uBiome (California) și și-au colectat scaunul urmând instrucțiunile conținute (www.uBiome.com). Kituri conțin un fluid stabilizator care a păstrat proba la timp pentru procesare.

Secvențierea probelor de scaun

Analize statistice

Abundența diferențială

Analiza abundenței diferențiale a fost făcută pentru a compara populația microbiană între eșantioane reprezentând condiții multiple. A fost efectuat mai întâi un filtru de prevalență prin care numai impozitul dominant prezent în eșantioane a fost inclus în analiză. p-valorile au fost calculate utilizând o analiză a testului de varianță a fiecărui model după transformare.

Compararea diversității alfa

Valorile diversității alfa 20 au fost comparate între grupuri. În primul rând, distribuția normală a datelor a fost testată prin testul Shapiro-Wilk pentru normalitate. Apoi, comparațiile în perechi s-au făcut folosind testul Wilcoxon de sumă de rang pentru date neparametrice sau T-testează când datele au afișat o distribuție normală. Statisticile Chi pătrat au analizat relațiile dintre variabilele categorice din chestionarele rețelei globale de astm completate de participanți. Analizele au fost efectuate utilizând software-ul IBM SPSS Ver. 21 și p-valori

Tabelul 1. Abundența relativă (%) a celor mai dominante filuri bacteriene din probele de scaun la diferite măsuri demografice și antropometrice

Principalele filuri bacteriene detectate în cohorta completă (Fig. 1a) au fost, în ordinea celor mai mari abundențe relative, Firmicute (61,15%), Actinobacterii (26,28%), Bacteroidete (5,76%) și Proteobacterii (2,73%). Copiii cu vârsta cuprinsă între 6 și 10 ani au avut mai mult Actinobacterii, Bacteroidete, și Proteobacterii decât cei cu vârsta cuprinsă între 11-14 ani, dar diferențele nu au atins semnificație. Nivelurile relative mai ridicate de Firmicutes, comparativ cu celelalte filuri evaluate, au fost o constatare semnificativă (p = 0,001) la copiii cu obezitate/supraponderalitate. Nu au existat diferențe detectabile în filul bacterian în rândul copiilor din diferite grupuri etnice și sex (Tabelul 1).

Figura 1. Compoziția agregată a microbiotei tuturor copiilor din cohorta de studiu la filum (A), familie (b), și genul (c) niveluri. Pentru familie și gen, sunt prezentate numai grupurile taxonomice peste 0,5%.

Familiile bacteriene dominante erau Lachnospiraceae (29,76%), Coriobacteriaceae (13,51%), Bifidobacteriaceae (11,66%) și Ruminococcaceae (10,36%) (Fig. 1b). Au existat diferențe de gen în proporțiile relative ale acestor familii de bacterii, participanții de sex feminin având mai mult Lachnospiraceae (p = 0,002) decât bărbații. Copiii cu obezitate/supraponderalitate s-au dovedit a avea semnificativ mai puțini Bifidobacteriaceae decât cele cu greutate normală (Tabelul 2). Nu au existat diferențe semnificative între familiile bacteriene dominante și vârstă și etnii.

Tabelul 2. Abundența relativă (%) a celor mai dominante familii bacteriene din eșantioane de scaune la diferite măsuri demografice și antropometrice

La nivelul genurilor bacteriene (Fig. 1c), genurile dominante erau Blautia (20,31%), Collinsella (13,55%), Bifidobacterium (13,53%) și Faecalibacterium (5,98%). Femelele au înregistrat mult mai multe (p = 0,038) Blautia decât bărbații, iar copiii cu obezitate/supraponderalitate au avut semnificativ mai mulți Lactobacillus și semnificativ mai puțin Bifidobacterium decât cele cu greutate normală (Tabelul 3). Nu au existat diferențe semnificative între genurile dominante, vârstă și etnii. Atunci când diversitatea filogenetică (înrădăcinată) a fost explorată (Fig. 2) au existat diferențe semnificativep = 0,009) între copiii cu greutate normală și copiii cu obezitate/supraponderalitate, ultimul grup având o diversitate filogenetică mai mică în microbiota lor gastro-intestinală.

Figura 2. O valoare a diversității alfa a diferențelor dintre copiii cu și fără obezitate; p = 0,009.

Tabelul 3. Abundența relativă (%) a genelor bacteriene cele mai dominante și aplicabile din probele de scaun la măsură demografică și antropometrică variabilă

Discuţie

Am emis ipoteza în acest studiu că copiii cu obezitate/supraponderalitate cresc în Trinidad, o insulă cu venituri ridicate din Caraibe, cu o prevalență rapid crescută a obezității la copii, 15,16 ar avea compoziții de microbiote gastrointestinale similare cu cele observate în alte țări cu venituri. În plus, această ipoteză s-a bazat pe observația că, în Caraibe și America Latină, a existat o reducere generală a consumului de mese tradiționale și un consum crescut de produse ultraprocesate21, iar în Trinidad și Tobago costurile fructelor și legumelor au avut devin prea scumpe pentru mulți părinți pentru a le oferi copiilor lor mese sănătoase. 22 Mai mult, până în prezent, nu a existat niciun studiu comparativ al microbiotei la supraponderali/obezi și copii cu greutate normală în Trinidad și Tobago și, din câte știu acești autori, în Caraibe de limbă engleză.

Compoziția bacteriană gastrointestinală în probe fecale dintr-o cohortă de 51 de copii a fost analizată la 3 niveluri taxonomice; filum, familie și gen pentru a determina dacă au existat diferențe în abundența relativă a bacteriilor intestinale în raport cu greutatea participanților (supraponderal/obez versus slab), vârstă, sex și etnie auto-raportată. Descoperirile noastre arată că copiii cu obezitate au mai mult Firmicute, și că a existat o corelație liniară pozitivă între Firmicute și IMC. De asemenea, s-a remarcat faptul că copiii cu obezitate au un nivel mai scăzut de Bacteroidete și Bifidobacterii, și că a existat o corelație negativă între Firmicute și Bacteroides. Abundența crescută de Firmicute la copiii cu obezitate din cohorta noastră de studiu este în concordanță cu rapoartele din alte părți ale lumii. 23,24 Prezența acestui filet a fost observată în studiile la șoareci pentru a se corela cu o dietă bogată în zahăr și grăsimi 25, așa cum s-ar găsi în dietele bogate în alimente ultraprocesate, care au devenit mai proeminente în dietele locale din Trinidad și Tobago.

Majoritatea studiilor au arătat o scădere corespunzătoare a Bacteroidete și spânzură persoane. 26.27 Deși nu sunt semnificative, copiii cu obezitate au avut mai puțin Bacteroidete decât copiii fără obezitate din acest studiu. în plus, Firmicute a avut o relație liniară negativă semnificativă cu Bacteroidete. O creștere a raportului de Firmicute la Bacteroidete poate contribui la obezitate deoarece este asociată cu o extracție crescută de energie din fermentația colonică și acizi grași cu lanț scurt. 13.28 Copiii cu obezitate/supraponderalitate din acest studiu au avut o cantitate de 16 ori mai mare Firmicute decât Bacteroidete.

Doar la nivel familial Bifidobacteriaceae a arătat semnificație. Copiii cu greutate normală au avut mult mai mult Bifidobacteriaceae decât copiii cu obezitate/supraponderalitate. În timp ce la nivel de gen, înrudit Bifidobacterium a arătat o asociere similară. Un studiu a arătat că Bifidobacterium Specia a redus greutatea corpului și a grăsimilor, activitatea enzimatică dăunătoare și nivelurile serice din sânge la șobolanii Sprague-Dawley hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi. 29 Aceasta sugerează că Bifidobacterium spp. poate avea antiobezitate și capacități de scădere a lipidelor.

Noi am gasit lactobacil să fie semnificativ mai mult la copiii cu obezitate/supraponderal decât participanții slabi. Lactobacillus a fost folosit ca probiotic pentru a promova creșterea animalelor de fermă. Mai exact, animalele tratate au avut o creștere în greutate semnificativ mai mare și o eficiență de conversie a alimentelor decât martorii. 30 În mod similar, la oameni, lactobacil sa dovedit a fi în concentrații semnificativ mai mari la pacienții cu obezitate decât la cei fără obezitate. 31

De asemenea, am observat o diversitate bacteriană mai scăzută în probele fecale de la copiii cu obezitate/supraponderal comparativ cu cei cu greutate normală. Acest lucru este îngrijorător, deoarece diversitatea microbiană redusă a fost asociată cu obezitatea, rezistența la insulină, homeostazia glucozei afectate și inflamația 32 și a fost legată de o reprezentare modificată a căilor metabolice și a genelor bacteriene. 25 O microbiotă intestinală bogată în specii este importantă, deoarece este mai adaptabilă la influențele mediului și mai rezistentă la boli. Asocierea dintre reducerea diversității bacteriene și dezvoltarea bolilor cronice este îngrijorătoare în contextul Trinidad, deoarece insula are deja una dintre cele mai mari prevalențe de diabet în emisfera vestică, la 13% din populația sa. 33

Asocierea puternică a Lachnospiraceae și Blautia cu sexul feminin în studiul nostru este interesant. Ambii Lachnospiraceae și Blautia au fost legate de o serie de boli cronice, inclusiv depresie, diabet și lupus. Org și colab., 34 au constatat că membrii familiei Lachnospiraceae au fost mai abundente la șoareci femele, dar semnificația acestei descoperiri rămâne obscură.

Au existat unele limitări la acest studiu. Deși eșantionarea scaunelor este o procedură relativ simplă și neinvazivă; scaunul colectat poate să nu reflecte pe deplin mediul înconjurător care există pe peretele intestinului, unde se așteaptă să aibă loc interacțiuni cu microbiomii gazdă. În plus, majoritatea nutrienților sunt absorbiți în intestinul subțire, unde este dificil să se obțină o probă. În cele din urmă, s-au făcut analize asupra bacteriilor cele mai dominante, cu toate acestea, există posibilitatea ca microbiota găsită în cantități mici să joace un rol în adipozitate.

Concluzii

Acest studiu este primul care a investigat compoziția microbiotei intestinale a copiilor din Trinidad și a furnizat întreaga caracterizare a abundențelor relative ale tuturor microbiotelor de la filum și majoritatea la nivel de familie și genuri. Odată cu creșterea ratelor de obezitate la copiii din Trinidad, a devenit important ca noile etiologii să fie explorate în regiunile în care anterior nu a fost explorată. Acest studiu a constatat că o combinație de microbi intestinali poate reflecta obezitatea/supraponderalitatea la copii. Copiii cu obezitate/supraponderalitate au înregistrat în mod semnificativ mai mulți microbi asociați cu adipozitatea și o abundență redusă de microbi dovediți că ajută la o greutate sănătoasă. În plus, copiii cu obezitate/supraponderalitate au avut un microbiom intestinal mai puțin adaptiv reflectant în diversitate redusă. Dacă această disbioză microbiană intestinală reflectă o dietă mai occidentalizată adoptată de copiii din Trinidad este deschisă pentru alte interpretări, cu toate acestea, lasă loc pentru posibile intervenții terapeutice, cum ar fi utilizarea microbilor benefici (pro și prebiotici) pentru a stabili echilibrul intestinului microbi și, eventual, ajută la pierderea în greutate.

Mulțumiri

Mulțumiri speciale departamentului preclinic al Facultății de Științe Medicale, Dr. George Legal, care a asistat la analiza datelor, și dna. Samantha Jagmohan pentru recrutarea subiectului.

Informații de finanțare

Această cercetare a fost susținută de Fondul de cercetare și publicare al campusului; CRP.5.NOV17.77 al Universității din Indiile de Vest, St. Campusul Augustin, Trinidad și uBiome (California, SUA) Microbiome Grant Initiative, care a furnizat truse și secvențierea.