Мультиомные профили кишечного микробиома при синдроме раздражённого кишечника и его подтипах по характеру стула

Введение: Синдром раздражённого кишечника (СРК) — распространённое заболевание желудочно-кишечного тракта, развитие которого, вероятно, связано с изменениями кишечного микробиома, однако устойчивые микробные сигнатуры выявить не удалось. Поскольку в предыдущих исследованиях преимущественно оценивали состав микробиома, мы предположили, что мультиомная оценка его функций, включающая метатранскриптомику и метаболомику, позволит более точно охарактеризовать микробные профили СРК и его подтипов.

Методы: Образцы кала были собраны у 495 участников расово и этнически разнообразной когорты, включая 318 пациентов с СРК и 177 здоровых лиц. Образцы исследовали методом секвенирования генов 16S рРНК (n = 486), метатранскриптомики (n = 327) и нецелевой метаболомики (n = 368). Микроорганизмы, предсказанные гены, транскрипты и метаболиты, содержание которых при СРК различалось, выявляли с помощью многомерных моделей с учётом возраста, пола, расы/этнической принадлежности, ИМТ, рациона питания и показателя тревожности по шкале HAD. Межомные функциональные взаимосвязи оценивали по соотношениям транскриптов и генов, а также с помощью метаболического моделирования микробных сообществ. На основании признаков с различающейся представленностью создавали классификаторы на основе метода случайного леса.

Результаты: СРК ассоциировался с глобальными изменениями состава микробиома по данным секвенирования генов 16S рРНК и метатранскриптомики, а также его функций по данным предсказанного метагеномного анализа, метатранскриптомики и метаболомики. После поправки на возраст, пол, расу/этническую принадлежность, ИМТ, рацион питания и тревожность СРК ассоциировался с различиями в содержании таких бактериальных таксонов, как Bacteroides dorei; метаболитов, включая повышение уровня тирамина и снижение уровней гентизата и гидрокиннамата; а также транскриптов, связанных с утилизацией фруктоолигосахаридов и полиолов. При СРК также выявлялась транскрипционная активация ферментов, участвующих в метаболизме фруктозы и глюканов, а также в сукцинатном пути ферментации углеводов. Мультиомный классификатор СРК характеризовался значительно большей точностью (AUC 0,82), чем классификаторы, основанные на отдельных наборах данных. При СРК с преобладанием диареи (СРК-Д) по сравнению с СРК с преобладанием запора (СРК-З) выявлялись изменения метатранскриптома и метаболома, включая повышение уровней желчных кислот, полиаминов и промежуточных продуктов сукцинатного пути — малата и фумарата, — а также увеличение количества транскриптов, участвующих в метаболизме фруктозы, маннозы и полиолов. Классификатор, включавший метаболиты и транскрипты, нормированные по генам, с высокой точностью различал СРК-Д и СРК-З (AUC 0,86).

Выводы: СРК характеризуется мультиомной микробной сигнатурой, указывающей на повышенную способность микробиома использовать ферментируемые углеводы, что согласуется с клинической пользой диет с ограничением этого источника энергии. Сигнатура также включает ряд ранее не описанных метаболитов и метаболических путей. Эти результаты подтверждают необходимость комплексной оценки функций микробиома при изучении СРК и поиске новых терапевтических мишеней, связанных с микробиомом. Видеоаннотация.