Darminstincten: de rol van het microbioom bij autisme onthuld

samenvatting: Een nieuwe studie geeft nieuwe inzichten in de relatie tussen het menselijk microbioom en autisme.

Met behulp van een innovatieve computationele benadering analyseerden de onderzoekers eerdere datasets opnieuw en vonden ze een unieke microbiële handtekening bij personen met autisme die hen zou kunnen helpen onderscheiden van neurotypische individuen. Deze studie belicht niet alleen de raadselachtige biologische wortels van autisme, maar onderstreept ook de behoefte aan diepgaand en langdurig toekomstig onderzoek.

De alomvattende aanpak van de studie kan ook nuttig zijn voor het onderzoeken van andere complexe aandoeningen waarbij het microbioom een ​​rol kan spelen, zoals depressie, de ziekte van Parkinson en kanker.

Belangrijkste feiten:

• Het nieuwe onderzoek maakt gebruik van een unieke computationele benadering om 25 eerder gepubliceerde datasets met betrekking tot het microbioom opnieuw te analyseren, waarbij een duidelijke microbiële signatuur wordt onthuld bij personen met autisme.
• Het onderzoek benadrukte ook het belang van langetermijnstudies met interventies om inzicht te krijgen in de oorzaak-gevolgrelatie tussen het microbioom en autisme.
• Opmerkelijk genoeg ontdekte de studie overlappingen tussen microben geassocieerd met autisme en die geïdentificeerd in een recente studie van langdurige fecale microbiota-culturen, wat een externe validatie van de bevindingen opleverde.

bron: Stichting Simmons

De biologische wortels van autisme blijven onderzoekers verbijsteren, ondanks een groeiend aantal studies die een groeiend aantal genetische, cellulaire en microbiële gegevens onderzoeken.

Sinds kort hebben wetenschappers zich gericht op een nieuw en veelbelovend aandachtsgebied: het microbioom. Er is aangetoond dat deze groep microben die de menselijke darm bewonen een rol speelt bij autisme, maar de mechanismen voor deze link zijn in mysterie gehuld gebleven.

Een nieuwe computationele benadering van dit probleem, een studie die vandaag is gepubliceerd in Natuurlijke neurowetenschap Werpt een nieuw licht op de relatie tussen het microbioom en autisme.

Dit onderzoek – dat voortkwam uit het Autism Research Initiative (SFARI) van de Simmons Foundation en een innovatieve heranalyse van tientallen eerder gepubliceerde datasets omvatte – komt overeen met een recent, langetermijnonderzoek van personen met autisme dat zich richt op een op het microbioom gerichte behandelingsinterventie .

Deze bevindingen onderstrepen ook het belang van longitudinale studies bij het ophelderen van de interactie tussen het microbioom en complexe aandoeningen zoals autisme.

“We waren in staat om de ogenschijnlijk ongelijksoortige gegevens uit verschillende onderzoeken te coördineren en een gemeenschappelijke taal te vinden die ze verenigde. Hierdoor waren we in staat om een ​​microbiële vingerafdruk te identificeren die autistische individuen onderscheidt van neurotypische individuen in veel onderzoeken”, zegt Jamie Morton, een van de onderzoekers. van de corresponderende auteurs van de studie, die met dit werk begonnen als postdoctoraal onderzoeker bij de Simons Foundation en nu een onafhankelijke consultant is.

“Maar het grotere punt is dat we in de toekomst robuuste langetermijnstudies nodig hebben die naar zoveel mogelijk datasets kijken en begrijpen hoe ze veranderen wanneer er [therapeutic] ingrijpen.”

Met 43 auteurs bracht deze studie leiders samen op het gebied van computationele biologie, techniek, geneeskunde, autisme en het microbioom die afkomstig waren van instellingen in Noord-Amerika, Zuid-Amerika, Europa en Azië.

zegt Rob Knight, directeur van het Center for Microbiome Innovations aan de University of California, San Diego en co-auteur van de studie.

Autisme is inherent complex, en deze complexiteit heeft geleid tot verwarrende studies die proberen specifieke darmmicroben te identificeren die betrokken zijn bij de aandoening.

Ten eerste manifesteert autisme zich op heterogene manieren: mensen met autisme verschillen genetisch, fysiologisch en gedragsmatig van elkaar. Ten tweede levert het microbioom unieke problemen op.

Microbioomstudies geven meestal eenvoudigweg de relatieve verhoudingen van specifieke microben aan, wat complexe statistieken vereist om microbiële populatieveranderingen te begrijpen die relevant zijn voor een staat van belang. Dit maakt het lastig om tussen de ruis een signaal te vinden.

Om de zaken ingewikkelder te maken, zijn de meeste onderzoeken tot nu toe eenmalige momentopnamen geweest van de microbiële populaties die aanwezig zijn bij personen met autisme.

“Slechts één moment in de tijd is zo krachtig; het kan morgen of volgende week heel anders zijn”, zegt co-auteur Brittany Needham, assistent-professor anatomie, celbiologie en fysiologie aan de Indiana University School of Medicine.

“We wilden de steeds evoluerende vraag beantwoorden hoe het microbioom zich verhoudt tot autisme, en we dachten: ‘Laten we teruggaan naar de bestaande datasets en kijken hoeveel informatie we daaruit kunnen halen'”, zegt co-auteur Gaspar Taroncher-Oldenburg, directeur van Therapeutic Alliances aan de New York University, met wie hij begon samen te werken met Morton toen hij Safari’s vaste adviseur was.

In de nieuwe studie ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​algoritme om 25 eerder gepubliceerde datasets met microbioom en andere “omische” informatie – zoals genexpressie, immuunsysteemrespons en dieet – opnieuw te analyseren van zowel de autisme- als de neurotypische groep.

In elke dataset vond het algoritme de best overeenkomende paren van autistische en neurotypische individuen in termen van leeftijd en geslacht, twee factoren die typisch studies naar autisme kunnen verwarren.

“In plaats van de gemiddelde groepsresultaten binnen studies te vergelijken, behandelden we elk paar als een enkel datapunt, waardoor we in staat waren om tegelijkertijd meer dan 600 ASS-controleparen te analyseren die overeenkomen met ipso feitelijk “Een groep van ruim 1.200 kinderen”, zegt Taroncher Oldenburg.

“Vanuit technisch oogpunt vereiste dit de ontwikkeling van geheel nieuwe rekenmethoden”, voegt hij eraan toe. Hun nieuwe computationele benadering stelde hen in staat om op betrouwbare wijze microben te identificeren die verschillende hoeveelheden hebben tussen ASS en neurotypische individuen.

Tot verbazing van de onderzoekers identificeerde hun analyse autisme-specifieke metabolische routes geassocieerd met specifieke menselijke darmmicroben. Belangrijk is dat deze routes ook elders zijn waargenomen bij personen met autisme, van hersengerelateerde genexpressieprofielen tot hun voeding.

“We hebben dit soort duidelijke overlap tussen de darmmicrobiota en menselijke metabole routes bij autisme niet eerder gezien”, zegt Morton.

Nog verrassender is de overlap tussen microben die verband houden met autisme en die geïdentificeerd in een recent onderzoek naar langdurige transplantatie van fecale microben onder leiding van James Adams en Rosa Krajmalnik Brown aan het Center for Biodesign for Health van de Arizona State University via het microbioom.

“Een ander stel ogen keek hier vanuit een andere lens naar en bevestigde onze bevindingen”, zegt Krajmalnik-Brown, die niet betrokken was bij de vandaag gepubliceerde studie.

zegt Kelsey Martin, uitvoerend vice-president van Safari en de Simons Neuroscience Foundation, die niet betrokken was bij het onderzoek.

“In de toekomst hebben we meer langetermijnstudies nodig met interventies, zodat we oorzaak en gevolg kunnen doorgronden”, zegt Morton. Taroncher Oldenburg, die nalevingsproblemen aanhaalt die vaak voorkomen in traditionele langetermijnstudies, suggereert dat studieontwerpen effectiever rekening zouden kunnen houden met de realiteit van microbioommonsters op lange termijn van personen met autisme.

“Praktische en klinische beperkingen zouden de bron van de statistieken moeten zijn, en dit zal het ontwerp van de studie bepalen”, zegt hij. Bovendien, zo wijst hij erop, kunnen langetermijnstudies inzichten onthullen over zowel een groep als een individu, evenals hoe dat individu in de loop van de tijd reageert op specifieke interventies.

Belangrijk is dat de onderzoekers zeggen dat deze bevindingen verder gaan dan autisme. De hier beschreven aanpak zou ook kunnen worden gebruikt op andere gebieden van de biogeneeskunde die lang een uitdaging zijn gebleken.

“Vroeger hadden we rook die suggereerde dat het microbioom betrokken was bij autisme, en nu hebben we vuur. We kunnen deze benadering toepassen op veel andere gebieden, van depressie tot de ziekte van Parkinson en kanker, waar we denken dat het microbioom een ​​rol speelt, maar waar precies dat weten we nog niet.’ Wat is de rol’, zegt Knight.

Over deze zoektocht naar autisme nieuws

auteur: Anastasia Greenbaum
bron: Stichting Simmons
communicatie: Anastasia Greenbaum – Stichting Simmons
afbeelding: Afbeelding gecrediteerd aan Neuroscience News

Oorspronkelijke zoekopdracht: vrije toegang.
“Analyse op meerdere niveaus van de darm-hersenas toont moleculaire en microbiële kenmerken die verband houden met een autismespectrumstoornis.Geschreven door Jamie Morton et al. Natuurlijke neurowetenschap

een samenvatting

Analyse op meerdere niveaus van de darm-hersenas toont moleculaire en microbiële kenmerken die verband houden met een autismespectrumstoornis.

Autismespectrumstoornis (ASS) is een neurologische ontwikkelingsstoornis die wordt gekenmerkt door variabele stoornissen in cognitie, gedrag en communicatie.

Verstoring van de darm-hersenas (GBA) is betrokken bij ASS, ondanks beperkte reproduceerbaarheid in verschillende studies.

In deze studie hebben we een Bayesiaans algoritme voor differentiële rangschikking ontwikkeld om moleculaire profielen en taxa geassocieerd met ASS te identificeren in 10 cross-sectionele microbioom-datasets en 15 andere datasets, waaronder voedingspatronen, metabolomics, cytokineprofielen en genexpressieprofielen van het menselijk brein.

We vonden een functionele structuur langs de GBA die correleert met heterogeniteit van ASS-fenotypes, en wordt gekenmerkt door ASS-geassocieerde aminozuren, koolhydraten en lipiden die voornamelijk worden gecodeerd door microbiële soorten in de geslachten. PrevotellaEn BifidobacterieEn Desulfovibrio En bacteriën Het wordt geassocieerd met veranderingen in de genexpressie van de hersenen, beperkte voedingspatronen en pro-inflammatoire cytokineprofielen.

De functionele architectuur die is gedetecteerd in de op leeftijd en geslacht afgestemde cohorten is niet aanwezig in de op broers en zussen afgestemde cohorten. We laten ook een sterk verband zien tussen temporele veranderingen in de samenstelling van het microbioom en patronen van ASS.

Samenvattend stellen we een raamwerk voor om te profiteren van multischaal datasets van goed gedefinieerde cohorten en te onderzoeken hoe GBA ASS beïnvloedt.