Биомаркеры микробиома и метаболома кишечника помогут в диагностике большого депрессивного расстройства

Ученые из Китая и США исследовали образцы кала пациентов с большим депрессивным расстройством (БДР) и здоровых контролей. Они обнаружили изменения в содержании 3 бактериофагов, 47 видов бактерий и 50 метаболитов. Так, в образцах больных было больше представителей рода Bacteroides, меньше Blautia и Eubacterium. Панель, включающая определенные виды бактерий, бактериофагов и метаболитов, позволяет с высокой точностью диагностировать БДР по анализу образцов фекалий.

Credit:

Rostislav Zatonskiy | 123rf.com

Для большого депрессивного расстройства (БДР) характерны продолжительные периоды угнетенного состояния, снижение самооценки и потеря интереса к занятиям, обычно доставляющим удовольствие, упадок сил, боли без определенной причины: возможны бредовые идеи и даже галлюцинации. БДР не следует путать с обычным «плохим настроением». Однако из-за отсутствия надежных биомаркеров диагностика его все еще основывается на клинических опросах и недостаточно точна. Поиск молекулярных основ БДР и новых диагностических биомаркеров остается важной задачей.

Ученые из Китая и США исследовали связь между БДР и микробиомом кишечника. Ранее с помощью секвенирования 16S рибосомных РНК было показано, что в бактериальном микробиоме пациента с БДР происходят изменения. Возможно, эти изменения и способствуют развитию заболевания. Однако у ранее использованных методов есть ряд ограничений.

В этом исследовании ученые использовали новый метод для анализа метагеномов — shotgun metagenomic method, то есть параллельное секвенирование тысяч генотипов в образце методами NGS. Наравне с бактериальными были изучены вирусные геномы, в основном бактериофагов. С помощью газовой хроматографии/масс-спектрометрии (ГХ/МС) изучали метаболом.

Всего исследовали 311 образцов кала, из них 156 принадлежало пациентам с БДР, 155 — здоровым контролям. В изначальном наборе было 236 образцов, пациенты и контроли были подобраны так, чтобы пол, возраст и индексы массы тела были сходными. В наборе для валидации было 75 образцов, и клинические характеристики пациентов и контролей отличались бо́льшим разнообразием.

Всего было идентифицировано 47 видов бактерий, соотношение которых различалось у пациентов с БДР и у контролей. Образцы пациентов с БДР были обогащены бактериями рода Bacteroides. Бактерии родов Blautia, Eubacterium и Clostridium, наоборот, представлены в меньшем количестве. Ранее было показано, что присутствие рода Blautia имеет противовоспалительный эффект, а Bacteroides — провоспалительный, связанный с повышением уровня цитокинов.

Как показал анализ вирусных геномов, в образцах пациентов с БДР снижено число бактериофагов Clostridium_phage_phi8074-B1 и Klebsiella_phage_vB_KpnP_SU552A, повышено число бактериофагов Escherichia_phage_ECBP5. Численность грибов и простейших не изменилась по сравнению с нормой.

Были найдены значительные различия в метаболомах образцов, главным образов в метаболитах, участвующих в превращениях аминокислот, нуклеотидов, углеводов и липидов. Проанализировали также работу генов в микробиоме, относящихся к метаболизму аминокислот: аргинина, пролина, ГАМК, фенилаланина и триптофана.

Авторы продемонстрировали, что различия в метагеномах и метаболомах могут помочь в постановке диагноза БДР. Для этого использовали комбинированную панель биомаркеров, включающую бактериофаги Clostridium_phage_phi8074-B1 и Escherichia_phage_ECBP5, бактерий Klebsiella sp. и Eubacterium_sp._CAG:146, себациновую кислоту и 2-индолкарбоновую кислоту. Характеристики панели внушают оптимизм: AUC  0.98; чувствительность 95%, специфичность 87%; прогностическая ценность положительного результата 0,87, отрицательного результата — 0,95 в изначальном наборе данных. В наборе для валидации панели показатели также оказались высокими: AUC 0.90; чувствительность 97%; специфичность 87%; прогностическая ценность положительного результата 0,84, отрицательного результата — 0,97.

С тяжестью БДР коррелировали четыре бактериальных вида (Blautia_wexlerae, Blautia_sp._Marseille-P2398, Ruminococcus_sp._5_1_39BFAA и Oscillibacter_sp._ER4) и два метаболита (L-гомосерин и фосфат).

Слабое место работы, отмеченное самими авторами, — отсутствие анализа РНК-вирусов. Кроме того, все образцы принадлежали клиентам одного китайского психиатрического центра. Тем не менее, это исследование позволяет глубже понять роль нарушенной экосистемы кишечника при БДР и открывает новое направление в диагностике этого тяжелого заболевания.

Источник

Yang J. et al. // Landscapes of bacterial and metabolic signatures and their interaction in major depressive disorders // Science Advances, 6, 49, published 02 December 2020. DOI:  10.1126/sciadv.aba8555

Добавить в избранное

Вам будет интересно