Studie finner överflöd av opportunistiska patogener i tarmen hos personer med Parkinsons

Parkinsons sjukdom är en vanlig progressiv och försvagande neurodegenerativ sjukdom. Det kan för närvarande inte förebyggas eller botas.

År 2003, Heiko Braak föreslog att icke-ärftliga former av PD orsakas av en patogen i tarmen. Han antog att patogenen kunde passera genom tarmslemhinnebarriären och sprida sig till hjärnan genom nervsystemet. Tills nu, det har inte funnits några tecken på en specifik patogen som kan utlösa PD.

Nu Haydeh Payami, Ph.D., professor i neurologi vid University of Alabama i Birmingham, och kollegor rapporterar för första gången en betydande överflöd av ett kluster av opportunistiska patogener i tarmen hos personer med PD, jämfört med kontrollpersoner.

Den spännande frågan är om dessa är Braaks patogener som kan utlösa PD, eller är de irrelevanta för PD men kan tränga in i tarmen och växa, eftersom tarmfodret äventyras i PD. Vi betonar att inga påståenden kan göras om funktion som enbart bygger på associering. Identiteten hos dessa mikroorganismer gör det möjligt för experimentella studier att avgöra om och hur de spelar en roll vid PD. "

Haydeh Payami, Ph.D., Professor i neurologi, University of Alabama i Birmingham

Payami och kollegor på UAB, Emory University, Albany Medical College och University of Washington kunde identifiera dessa mikroorganismer eftersom de utförde den största mikrobiomövergripande föreningsstudien av personer med PD och kontroller hittills. Många tidigare studier har funnit förändrade tarmmikrobiomer hos personer med PD men upptäckte inte en ökning av opportunistiska patogener. Opportunistiska patogener är ofta ofarliga, men de kan växa och orsaka infektioner om immunsystemet försämras eller om de tränger in i sterila ställen i kroppen.

"Vi misstänker att anledningen till att vi kunde upptäcka dessa mikroorganismer är att de är sällsynta och att vi hade en mycket större provstorlek och effekt än tidigare studier, "Sa Payami. Hennes forskare analyserade om sin studie 2017 som hade 197 fall och 130 kontroller, med hjälp av en mer avancerad bioinformatik -pipeline. De analyserade också en ny, oberoende dataset med 323 fall av PD och 184 kontroller, parallellt med den första datauppsättningen. Detta möjliggjorde intern replikering och förmågan att upptäcka både sällsynta och vanliga signaler. Tidigare PD -mikrobiomstudier har varierat från 10 till 197 PD -fall och 10 till 130 kontroller.

En mikrobioomövergripande föreningsstudie använder framsteg inom DNA-sekvensering och beräkningsverktyg för att leta efter mikrobiella samhällen som kan vara associerade med sjukdom. Det växer upp förståelse för att tarmmikrobiomet - som inkluderar 500 till 1, 000 bakteriearter som har ett främst fördelaktigt inflytande - spelar en viktig roll för människors hälsa och sjukdomar.

Payami och kollegor använde också hypotesfria korrelationsnätverksanalyser för att identifiera samhällen av samverkande mikroorganismer. Nätverksanalys är ett viktigt nytt verktyg inom biologin. Ett lättbegripligt exempel på nätverk är ett socialt nätverk som Facebook, där man kan kartlägga förbindelserna mellan följare eller vänner. Ett fåtal personer kommer att ha ett stort antal anslutningar, vissa kommer att ha många, och en stor majoritet kommer att ha mycket färre. En karta över dessa förbindelser liknar en flygplanskart.

Med hjälp av nätverksanalys, Payami och kollegor hittade tre polymikrobiella kluster, och fann också att varje kluster delade funktionella egenskaper. Det första klustret var opportunistiska patogeners överflödiga i PD -fall, ett nytt fynd.

De andra två klustren bekräftade tidigare studier. I jämförelse med kontroller, personer med PD hade minskade halter av ett kluster av mikrober som producerar kortkedjiga fettsyror. I det tredje klustret, personerna med PD hade förhöjda nivåer av två släkten som är kolhydratmetaboliserande probiotiska mikrober.

Payami säger att den aktuella studien hade ett exakt fokus och ett avsiktligt strikt analytiskt utförande. Studiens noggrannhet omfattade att visa att de förändrade tarmmikrobiomerna i PD -fallen var oberoende av kön, ålder, BMI, förstoppning, mag -tarmbesvär, geografi och kost. De 15 PD-associerade släkten som uppnådde mikrobiomövergripande betydelse i båda datamängderna identifierades med två metoder, och med eller utan kovariatjustering.

"Det finns mer att lära, "Payami sa, "med större provstorlekar med större effekt, longitudinella studier för att spåra förändring från prodromal till avancerad sjukdom, och genom nästa generations metagenome-sekvensering för att bredda omfattningen från bakterier och archaea till att inkludera virus och svampar, och förbättra upplösningen till stam och gennivå. "

Medförfattare med Payami för studien, "Karakteriserar dysbios av tarmmikrobiom i PD:bevis för överflöd av opportunistiska patogener, "publicerad i Nature partner journal Parkinsons sjukdom är Zachary D. Wallen, Mary Appah, Marissa N. Dean, Cheryl L. Sesler och David G. Standaert, UAB Institutionen för neurologi; Stewart A.Faktor, Emory University School of Medicine, Atlanta, Georgien; Eric Molho, Albany Medical College, Albany, New York; och Cyrus P.Zabetian, Veterans Administration Puget Sound Health Care System och University of Washington, Seattle, Washington.

Stöd kom från National Institutes of Health -bidrag NS036960, NS062684, NS108675 och NS095775.

U.S.Army Army Medical Research Acquisition Activity, 820 Chandler Street, Fort Detrick, Maryland 21702-5014, är det tilldelande och administrativa förvärvskontoret. Detta arbete stöddes också av US Army Medical Research Materiel Command som godkänts av U.S. Army, genom Parkinsons forskningsprogram, enligt tilldelningsnummer W81XWH1810508 och W81XWH1810509. Åsikter, tolkningar, slutsatser och rekommendationer är författarens och är inte nödvändigtvis godkända av den amerikanska armén.

Vid forskning med djur, utredaren (n) följer lagarna i USA och föreskrifterna från Department of Agriculture. Vid forskning som använder rekombinant DNA, utredaren följde NIH -riktlinjer för forskning som involverade rekombinanta DNA -molekyler. Vid forskning som involverar farliga organismer eller toxiner, utredaren anslöt sig till CDC-NIH-guiden för biosäkerhet i mikrobiologiska och biomedicinska laboratorier.

På UAB, Payami innehar John T. och Juanelle D. Strain Endowed Chair i neurologi.

• Specifika förändringar i DNA påverkar förekomsten och mängden tarmbakterier,
• Kloning av stamceller för att utveckla behandlingar för Crohns sjukdom