In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Naturmedizinuntersuchte eine Gruppe von Forschern den Zusammenhang zwischen frühen Darmviromen, insbesondere gemäßigten Phagentaxa, und der Entwicklung von Asthma im Kindesalter und berücksichtigte dabei die Wechselwirkung mit der Wirtsgenetik und dem Bakteriom.
Hintergrund
Asthma, eine weit verbreitete chronisch-entzündliche Erkrankung der Atemwege, beginnt oft im frühen Kindesalter. Die Pathophysiologie ist komplex und wird von genetischen, umweltbedingten und immunologischen Faktoren beeinflusst. Die Darmmikrobiota, die für die Immunentwicklung von entscheidender Bedeutung ist, wird mit Asthma, Allergien und anderen immunvermittelten chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht. Dennoch konzentrierte sich die Forschung hauptsächlich auf Darmbakterien, während die Rolle von Darmviren, insbesondere Phagen, weniger erforscht blieb.
Der Darm beherbergt zahlreiche Viren, wobei Phagen überwiegend auf Bakterien abzielen. Sowohl virulente als auch gemäßigte Phagen können die Immunität des Wirts beeinträchtigen, indem sie die bakterielle Besiedlung beeinflussen und mit dem mukosalen Immunsystem interagieren. Weitere Forschung ist unerlässlich, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Darmvirom, Bakteriom und Wirtsimmunität aufzuklären. Dies könnte zu neuartigen Biomarkern und Therapiestrategien für Asthma und andere immunvermittelte Erkrankungen führen.
Über die Studie
In Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki wurden bei der vorliegenden Studie zu Asthma bei Kindern strenge ethische Standards eingehalten. Die Zustimmung der Eltern wurde eingeholt und die strikte Einhaltung der Forschungsintegrität, der Patientensicherheit und der Datenschutzbestimmungen, einschließlich der Guten Klinischen Praxis (GCP) und der Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO), wurde gewahrt.
Die Studie war Teil der dänischen COPSAC2010-Mutter-Kind-Kohorte, an der 700 Kinder von der Schwangerschaft bis zum Alter von fünf Jahren teilnahmen. Asthmadiagnosen wurden sorgfältig anhand umfassender Kriterien erfasst, darunter Schwere der Symptome, Dauer und Ansprechen auf die Behandlung. Für diese Studie wurde jede Asthmadiagnose im Alter von fünf Jahren berücksichtigt.
Stuhlproben von 647 Kindern im Alter von einem Jahr wurden auf ihr Virom analysiert. Die Probenentnahme, -lagerung und -verarbeitung erfolgte nach spezifischen Protokollen, um die Aufbewahrung der Proben bis zur Analyse sicherzustellen. Die bioinformatische Verarbeitung umfasste detaillierte Verfahren zur Viromextraktion, Bibliotheksvorbereitung und Sequenzierung. Für bakterielle Desoxyribonukleinsäure (DNA) wurden spezielle Methoden und Werkzeuge verwendet, darunter die MoBio PowerSoil-Kits und die MiSeq-Plattform für das MiSeq-Sequenzierungssystem.
Die statistische Analyse wurde mit R durchgeführt, wobei verschiedene Pakete zur Datenverarbeitung und -visualisierung eingesetzt wurden. Die Studie verwendete zweiseitige P-Werte mit einem Signifikanzschwellenwert von P ≤ 0,05 und verwendete die Benjamini-Hochberg-Korrektur für Mehrfachtests. Asthma-Assoziationen mit dem Virom wurden mithilfe der logistischen Regression und anderer statistischer Methoden untersucht, wobei mögliche Störfaktoren und Batch-Effekte kontrolliert wurden.
Die Studie bewertete auch die Korrelation zwischen Virom und Bakteriom mithilfe von Spearman-Korrelationen und Procrustes-Analyse. Der Einfluss des Viroms auf die Asthmaentwicklung wurde mithilfe logistischer Regressions- und Quasi-Poisson-Regressionsanalysen analysiert. Zusätzlich wurde eine Mediationsanalyse durchgeführt, um die Bedeutung indirekter bakterieller Wirkungen zu testen.
Die Verläufe der Asthmaentwicklung wurden mithilfe verallgemeinerter Schätzgleichungen untersucht, die eine Längsschnittbewertung der Asthmapersistenz über die Zeit ermöglichten. Die Studie untersuchte außerdem den Zeitpunkt des Auftretens von Asthma im Vorschulalter in Bezug auf die Virom- und Bakteriom-Signatur-Scores. Vier Gruppen wurden mithilfe einer Kaplan-Meier-Kurvenanalyse und eines Log-Rank-Tests verglichen und lieferten Einblicke in den Einfluss dieser mikrobiellen Gemeinschaften auf die Asthmaentwicklung.
Umweltfaktoren, die den Virom-Signatur-Score beeinflussen, wurden auch durch lineare Regressionsanalyse untersucht. Abschließend befasste sich die Studie mit dem genetischen Aspekt, indem sie sich auf den Genotyp Toll-Like Receptor 9 (TLR9) und seine Interaktion mit dem Virom im Zusammenhang mit Asthma konzentrierte. Mithilfe logistischer Regressionsanalysen wurden die Auswirkungen verschiedener Genotypen auf Asthma untersucht, wobei der Schwerpunkt auf dem TLR9-Genotyp rs187084 lag. Dieser genetische Aspekt war entscheidend für das Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen der Genetik, dem Darmvirom und der Asthmaentwicklung bei Kindern.
Die Interaktion zwischen dem TLR9-Genotyp und den Virom-Signatur-Scores wurde ausgewertet und lieferte wertvolle Erkenntnisse darüber, wie genetische Veranlagungen das Asthmarisiko in der frühen Kindheit beeinflussen könnten.
Studienergebnisse
Die vorliegende Studie konzentrierte sich auf die Analyse des Darmviroms von 647 einjährigen Kindern. Diese Kinder waren von Geburt an stark phänotypisiert und die Asthmadiagnosen wurden im Längsschnitt beurteilt. Es wurde festgestellt, dass bestimmte Phagentaxa des gemäßigten Darms mit der späteren Entwicklung von Asthma verbunden sind. Bemerkenswert sind die gemeinsamen Häufigkeiten von 19 kaudoviral Familien haben maßgeblich zu diesem Verein beigetragen.
Die Forschung ergab, dass die Kombination von Asthma-assoziierten Bakteriom- und Virom-Signaturen erhöhte Auswirkungen auf das Asthmarisiko hatte, was auf einen unabhängigen Virom-Asthma-Zusammenhang schließen lässt. Interessanterweise wurde das Virom-assoziierte Asthmarisiko durch die Genvariante TLR9 rs187084 des Wirts moduliert, was auf eine direkte Interaktion zwischen Phagen und dem Immunsystem des Wirts hinweist. Dieser Befund eröffnet neue Möglichkeiten für weitere Studien, um zu untersuchen, ob Phagen neben Bakterien und Wirtsgenetik als präklinische Biomarker für Asthma verwendet werden können.
Ein wichtiges Ergebnis der Studie war die Variation in der relativen Häufigkeit von Caudoviren und Mikroviren zwischen Kindern mit und ohne Asthma im Alter von fünf Jahren. Die relative Häufigkeit von gemäßigten Phagen war insbesondere mit Asthma verbunden. Anpassungen für potenzielle Störfaktoren wie Geschwister, Geburtsgewicht, Urbanität und Alter änderten diese Ergebnisse nicht. Diese Assoziation wurde hauptsächlich durch Caudoviren verursacht, und Unterschiede in der relativen Häufigkeit von Phagen mit unbekanntem Lebensstil wurden durch Mikroviren verursacht.
Die Studie stellte auch den hohen Grad an Einzigartigkeit der Darmvirome bei Kindern fest, mit einem mittleren Reichtum in den Proben von 1306 viralen operativen taxonomischen Einheiten (vOTUs) und einer Gesamtspärlichkeit von 86 % in den Proben. Allerdings waren die insgesamt beobachtete Fülle und Gleichmäßigkeit nicht mit der Entwicklung von Asthma vor dem fünften Lebensjahr verbunden.
Die Zusammensetzungsunterschiede im gemäßigten Klima-Virom zwischen Kindern mit und ohne Asthma waren am bemerkenswertesten und führten zur Identifizierung von 19 gemäßigten viralen Familiengruppen (VFCs), die gemeinsam mit späterem Asthma assoziiert waren.
Die Forschung untersuchte außerdem die Unabhängigkeit des asthmatischen Viroms vom Bakteriom. Trotz einer gewissen Korrelation im Artenreichtum und in der Zusammensetzung zwischen dem gemäßigten Virom und dem Bakteriom deuten die Ergebnisse darauf hin, dass nur ein geringer indirekter Effekt der Virom-Assoziation mit Asthma im Vorschulalter durch Bakterien vermittelt wurde. Dies wurde weiter durch die Feststellung gestützt, dass sowohl Virom- als auch Bakteriom-Signatur-Scores den Zusammenhang mit Asthma besser erfassten als beide allein, was auf unabhängige und additive Effekte hinweist.
Schließlich untersuchte die Studie die Auswirkungen früher Lebensexpositionen auf das asthmatische Virom und die genetische Verbindung zwischen dem Darmvirom und dem Immunsystem des Wirts bei Asthma im Vorschulalter. Es wurde festgestellt, dass das aus dem Virom-Signatur-Score abgeleitete Asthmarisiko offenbar vom TLR9-Genotyp abhängt. Dies deutet auf eine direkte Interaktion zwischen Phagen und dem Immunsystem des Wirts hin, die zur Entstehung von Asthma in der frühen Kindheit beiträgt.
