Kliniker haben beobachtet, dass mehr als 60 % der Patienten mit COVID-19 Durchfall haben, Brechreiz, und Erbrechen, und diese Symptome sagen ein insgesamt schlechteres Ergebnis voraus.
Schweres akutes respiratorisches Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), der Erreger der COVID-19-Krankheit, gelangt in die menschliche Wirtszelle durch Bindung an das Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) 2, der als viraler Rezeptor fungiert. Dieses Molekül kommt in höheren Konzentrationen im Ileum und im Dickdarm vor und reguliert die Darmentzündung. ACE2 beeinflusst direkt das Darmmikrobiom, und indirekt das kardiopulmonale Risiko.
Studie:SARS-CoV-2 infiziert produktiv menschliche Darm-Enterozyten. Mikrobiom im menschlichen Darm. Bildquelle:Alpha Tauri 3D-Grafik / Shutterstock Ältere und kränkere Personen erkranken eher, wenn sie diesem Virus ausgesetzt sind. Die aktuelle Studie untersucht den möglichen Zusammenhang zwischen dem Darmmikrobiom und dem klinischen Verlauf und den Merkmalen von COVID-19.
Die Forscher wählten eine Reihe von Proteinen aus, die als Biomarker fungieren könnten, um das Fortschreiten zu einer schweren Krankheit vorherzusagen. Jedoch, sie untersuchten auch, ob diese Proteine helfen könnten zu verstehen, was eine Person mehr oder weniger anfällig für die Krankheit macht, und welche Rolle die Darmmikrobiota bei der Regulierung der Spiegel dieser Biomarker bei gesunden Menschen spielt.
Es wurden Blutproteomikdaten von 31 Patienten mit COVID-19 verwendet. zusammen mit Multi-Omics-Daten aus 2, 400 nicht infizierte Personen. Der frühere Datensatz wurde verwendet, um eine Risikobewertung zu erstellen, um vorherzusagen, ob ein Fall von COVID-19 auf ein schweres oder kritisches Niveau fortschreiten würde. Dies wird als Blut-Proteom-Risiko-Score (PRS) bezeichnet.
Die Blut-PRS wurde dann mit entzündlichen Biomarkern in Beziehung gesetzt, um zu sehen, ob die PRS in der Lage war, die Krankheitsanfälligkeit bei gesunden Personen vorherzusagen. Sie verwendeten sowohl Proteom- als auch Blut-Biomarker für Entzündungen, ab 990 Personen, für diese Untersuchung.
Der nächste Schritt bestand darin, die spezifischen Merkmale der Darmmikrobiota zu identifizieren, die die signifikanten proteomischen Biomarker für COVID-19 vorhersagen würde, mit maschinellem Lernen. Das metabolische Profil der Fäkalien wurde auch analysiert, um andere Mechanismen aufzudecken, die der Schlüssel zur Verbindung des Darmmikrobioms mit der Anfälligkeit für Krankheiten sein könnten.
Im letzten Schritt wurde untersucht, wie 40 verschiedene Wirtsfaktoren und Umweltfaktoren diese Darmmikrobiomfaktoren beeinflusst haben.
In früheren Arbeiten zu COVID-19-Patienten, Die Forscher identifizierten 22 proteomische Biomarker im Serum, die dazu beitrugen, das Fortschreiten zu einer schweren Krankheit vorherzusagen. Dieser Satz von Biomarkern wurde auf 20 gekürzt, zwei weggelassen, die den gesunden Patienten nicht zur Verfügung standen.
Dieses Set wurde verwendet, um eine Blut-PRS für die 31 Patienten in der aktuellen Studie zu erstellen. Achtzehn der Fälle waren nicht schwerwiegend, während 13 schwerwiegend waren.
Da die PRS um 10 % anstieg, das Risiko einer schweren Erkrankung stieg um 57 %. Die Forscher interpretierten dies als Beweis dafür, dass der Risiko-Score das Fortschreiten von COVID-19 vorhersagen könnte.
In Erweiterung ihrer Arbeit Sie erstellten das PRS mit den gleichen 20 Proteinen, aber basierend auf einer Datenbank mit gesunden Teilnehmern. Dazu gehören sowohl Proteomik- als auch Entzündungsmarker. Die proteomischen Blutdaten stammten aus den Serumproben, die zu Studienbeginn entnommen wurden. Zu den Entzündungsmarkern gehörten IL-1β, IL-6, TNF-α, und hsCRP.
Sie fanden heraus, dass die PRS in dieser Gruppe positiv mit hsCRP und TNF-α korreliert war. In einer nach Alter stratifizierten Subgruppenanalyse fanden sie einen signifikanten Zusammenhang zwischen einem höheren PRS und höheren Blutspiegeln aller Entzündungsmarker in älteren, aber nicht in jüngeren Untergruppen (über und unter 58 Jahren, bzw).
Die Frage, mit der sich die Forscher konfrontiert sehen, ist, ob die Veränderungen dieser Proteine der bei diesen Patienten beobachteten Immunaktivierung zugrunde liegen. oder sind die Ergebnisse davon. Was auch immer die Antwort ist, die Studie zeigt einen klaren Zusammenhang zwischen einem Ungleichgewicht des Immunsystems und einem höheren PRS, vor allem bei älteren Erwachsenen, unterstützt seine Rolle als Biomarker.
Der nächste Schritt wurde an einer Kohorte von etwa 300 Teilnehmern durchgeführt. Die Forscher maßen die Korrelation zwischen dem mikrobiellen Profil der Darmmikrobiota und der Blutproteomik. Sie führten sowohl eine Querschnitts- als auch eine Momentaufnahmestudie der Teilnehmer einer Stichprobe durch (n=132), während eine weitere prospektive Studie mit 169 Teilnehmern durchgeführt wurde. Hier, die Proteomik wurde etwa drei Jahre später als die Stuhlsammlung analysiert.
Im ersten Fall, maschinelles Lernen wurde verwendet, um die Top-20-Bakteriencluster (operative taxonomische Einheiten, OTUs), um die Anfälligkeit für COVID-19 vorherzusagen. Die meisten OTUs stammten aus den folgenden Gattungen und Familien: Bakteroiden, Streptokokken, Lactobazillen, Ruminococcaceae 119, Lachnospiraceae, und Clostridiales. Mit dieser, über ein Fünftel der Variabilität der PRS konnte erklärt werden.
Die Analyse zeigte eine überlegene Korrelation zwischen dem von der OTU prognostizierten Kern-PRS und dem tatsächlichen PRS. Es gab auch einen engen Zusammenhang zwischen den 20 Kern-OTUs und den 20 proteomischen Biomarkern, die schweres COVID-19 vorhersagen. Wenn nach Alter geschichtet, der Zusammenhang wurde nur in den älteren Altersgruppen als signifikant angesehen.
Die Ergebnisse wurden in der prospektiven Studie dupliziert. Dies zeigt, dass Veränderungen des Darmmikrobioms früher auftreten als die Veränderung der Blutproteomik. Wenn ja, sie könnten eine ursächliche Rolle spielen.
Eine bestätigende Studie an einer größeren Subkohorte von 366 Teilnehmern zeigte, dass 11 OTUs eine signifikante Assoziation mit den inflammatorischen Zytokinen hatten. entweder negativ ( Bakteroiden , Streptokokken, und Clostridiales ), oder positiv ( Ruminokokken , Blautia, und Lactobazillen ).
Die Forscher untersuchten den Zusammenhang zwischen dem mikrobiellen Kernprofil des Darms und den fäkalen Metaboliten bei etwa 1 000 Teilnehmer. Sie fanden heraus, dass 45 Metaboliten im Urin signifikant mit über der Hälfte der Kern-OTUs assoziiert waren.
Die meisten von ihnen waren entweder Aminosäuren, Fettsäuren, oder Gallensäuren, an drei Wegen beteiligt. Der Aminosäurespiegel im Gewebe ist für die Aufrechterhaltung einer gesunden Immunität von entscheidender Bedeutung, da er von den Stoffwechselwegen des Stresses und der Verfügbarkeit von Nährstoffen abhängt. Reduzierte Spiegel bestimmter Aminosäuren unterdrücken Entzündungen.
Daher, diese Stoffwechselwege, moduliert durch die Ernährung und die abhängigen Bakterienpopulationen, kann die Auswirkungen der Darmmikrobiota auf den Stoffwechsel des Wirts und Entzündungen beeinflussen.
Die relative Häufigkeit von ACE2 und seine Funktion bei der Regulierung des Aminosäurespiegels als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme, und bei der angeborenen Immunität, könnte eine zweite Verbindung zwischen dem Darmmikrobiom und Entzündungen sein, die wiederum den Schweregrad von COVID-19 vorhersagt.
Die Studie zeigt auch, dass 2,4 % des Unterschieds in der Anfälligkeit für die Krankheit durch 9 Faktoren im Zusammenhang mit demografischen und klinischen Merkmalen der Stichprobe erklärt werden. wie Bildungsstand, Sex, und verschiedene physiologische Parameter wie Blutdruck und Biochemie. Diese modulieren indirekt die Zusammensetzung des Darmmikrobioms.
Die Forscher schlagen vor, dass bei gesunden Menschen Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms ist in hohem Maße prädiktiv für die proteomischen Biomarker im Blut, die mit schwerem COVID-19 in Verbindung stehen.
Der „Zytokinsturm“ (übermäßige Mengen an entzündungsfördernden Chemikalien im Körper) im Zusammenhang mit schwerem COVID-19 sollte wirksam behandelt werden, um die Sterblichkeit der Erkrankung zu verringern. Die Assoziation von proteomischen Biomarkern mit Entzündungsmolekülen, vor allem in älteren Altersgruppen, weist darauf hin, dass der Zytokinsturm auf die zugrunde liegende Entzündung zurückzuführen ist, die in dieser Untergruppe häufiger vorkommt.
Die Forscher fassen zusammen:„Die entdeckten mikrobiellen Kernmerkmale und verwandten Metaboliten können als potenzielles Präventions-/Behandlungsziel für Interventionen dienen. vor allem bei denen, die anfällig für die SARS-CoV-2-Infektion sind. Sie könnten auch als potenzielle therapeutische Ziele für die Medikamentenentwicklung dienen.“
medRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte ohne Peer-Review und deshalb, nicht als schlüssig angesehen werden, die klinische Praxis/das gesundheitsbezogene Verhalten anleiten, oder als etablierte Information behandelt.
bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die keinem Peer-Review unterliegen und deshalb, nicht als schlüssig angesehen werden, die klinische Praxis/das gesundheitsbezogene Verhalten anleiten, oder als etablierte Information behandelt.
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