Kliniker har observerat att mer än 60% av patienterna med COVID-19 har diarré, illamående, och kräkningar, och dessa symtom förutsäger ett sämre resultat totalt sett.
Svårt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), orsaken till covid-19-sjukdomen, går in i den mänskliga värdcellen genom att binda till det angiotensinkonverterande enzymet (ACE) 2, som fungerar som den virala receptorn. Denna molekyl finns i högre koncentrationer i ileum och tjocktarm och reglerar tarminflammation. ACE2 påverkar direkt tarmmikrobiomet, och indirekt hjärt -lungrisken.
Studie:SARS-CoV-2 infekterar produktivt mänskliga tarm enterocyter. Mikrobiom i människans tarm. Bildkredit:Alpha Tauri 3D Graphics / Shutterstock Äldre och sjukare personer är mer benägna att bli sjuka när de utsätts för detta virus. Den aktuella studien undersöker den potentiella kopplingen mellan tarmmikrobiomet och den kliniska kursen och egenskaperna hos COVID-19.
Forskarna valde en uppsättning proteiner som kan fungera som biomarkörer för att förutsäga utvecklingen till svår sjukdom. Dock, de undersökte också om dessa proteiner kunde hjälpa till att förstå vad som gör en person mer eller mindre mottaglig för sjukdomen, och vilken roll tarmmikrobioten spelar för att reglera nivåerna av dessa biomarkörer hos friska människor.
Blodproteomdata från 31 patienter med COVID-19 användes, tillsammans med multi-omics-data från 2, 400 oinfekterade individer. Den tidigare datauppsättningen användes för att skapa en riskpoäng för att förutsäga om ett fall av COVID-19 skulle utvecklas till en allvarlig eller kritisk nivå. Detta kallas blodproteomisk riskpoäng (PRS).
Blod -PRS relaterades sedan till inflammatoriska biomarkörer för att se om PRS kunde förutsäga sjukdomskänslighet hos friska individer. De använde både proteomiska och blodmarkörer för inflammation, från 990 personer, för denna utredning.
Nästa steg var att identifiera de specifika egenskaperna hos tarmmikrobioten, som skulle förutsäga de betydande proteomiska biomarkörerna för COVID-19, använder maskininlärning. Avföringens metaboliska profil analyserades också för att avslöja andra mekanismer som kan vara nyckeln till kopplingen av tarmmikrobiomet till sjukdomens sårbarhet.
Det sista steget var att bedöma hur 40 olika värdfaktorer och miljöfaktorer formade dessa tarmmikrobiomfaktorer.
I tidigare arbete med COVID-19-patienter, forskarna identifierade 22 serumproteomiska biomarkörer som hjälpte till att förutsäga progression till svår sjukdom. Denna uppsättning biomarkörer beskärades till 20, utelämnar två som inte var tillgängliga för de friska patienterna.
Denna uppsättning användes för att ställa in ett blod -PRS för de 31 patienterna i den aktuella studien. Arton av fallen var inte allvarliga, medan 13 var svåra.
Eftersom PRS ökade med 10%, risken för svår sjukdom ökade med 57%. Forskarna tolkade detta som ett bevis på att riskpoängen kunde förutsäga utvecklingen av COVID-19.
I en förlängning av deras arbete, de skapade PRS med samma 20 proteiner men baserat på en databas med friska deltagare, inklusive både proteomik och inflammatoriska markörer. Blodproteomdata kom från serumproverna vid baslinjen. De inflammatoriska markörerna inkluderade IL-1β, IL-6, TNF-α, och hsCRP.
De fann att PRS var positivt korrelerat med hsCRP och TNF-α bland denna uppsättning. I en undergruppsanalys skiktad efter ålder, de fann en signifikant koppling mellan en högre PRS och högre blodnivåer av alla inflammatoriska markörer hos äldre men inte i yngre undergrupper (över och under 58 år, respektive).
Frågan forskarna står inför är om förändringarna i dessa proteiner ligger till grund för immunaktiveringen som ses hos dessa patienter, eller är resultatet av det. Oavsett svaret, studien visar ett tydligt samband mellan immunobalans och högre PRS, särskilt hos äldre vuxna, stödja sin roll som biomarkör.
Nästa steg utfördes på en kohort av cirka 300 deltagare. Forskarna mätte korrelationen mellan tarmmikrobiotans mikrobiella profil och blodproteomiken. De utförde både en tvärsnitts- eller ögonblicksstudie av deltagarna i ett prov (n =132), medan en annan prospektiv studie genomfördes på 169 deltagare. Här, proteomiken analyserades cirka tre år senare än avföringssamlingen.
I det första fallet, maskininlärning användes för att avslöja de 20 bästa bakterieklusterna (operativa taxonomiska enheter, OTU) för att förutsäga mottaglighet för COVID-19. De flesta av OTU:erna kom från följande släkten och familjer: Bakteroider, Streptokock, Lactobacillus, Ruminococcaceae 119, Lachnospiraceae, och Clostridiales. Med hjälp av detta, över en femtedel av variabiliteten i PRS skulle kunna förklaras.
Analysen visade en överlägsen korrelation mellan kärnan OTU-förutsagd PRS och den faktiska PRS. Det fanns också ett nära samband mellan de 20 kärn-OTU:erna och de 20 proteomiska biomarkörerna som förutsäger allvarlig COVID-19. När den är lagrad efter ålder, föreningen sågs vara signifikant endast i äldre åldersgrupper.
Resultaten dubblerades i den prospektiva studien. Detta visar att tarmmikrobiomförändringar sker tidigare än förändringen i blodproteomiken. Om så är fallet, de kan ha en kausal roll.
En bekräftande studie i en större undergrupp med 366 deltagare visade att 11 OTU hade en signifikant koppling till de inflammatoriska cytokinerna, antingen negativt ( Bakteroider , Streptokock, och Clostridiales ), eller positivt ( Ruminococcus , Blautia, och Lactobacillus ).
Forskarna undersökte kopplingen mellan kärntarmens mikrobiella profil och de fekala metaboliterna bland cirka 1, 000 deltagare. De fann att 45 metaboliter i urinen var signifikant associerade med över hälften av kärn -OTU:erna.
De flesta av dem var antingen aminosyror, fettsyror, eller gallsyror, involverad i tre vägar. Aminosyranivån i vävnaderna är avgörande för att upprätthålla en sund immunitet eftersom den beror på de metaboliska stressvägarna och tillgången på näringsämnen. Minskade nivåer av specifika aminosyror undertrycker inflammation.
Således, dessa metaboliska vägar, modulerad av kost och de beroende bakteriepopulationerna, kan driva effekterna av tarmmikrobioten på värdens metabolism och inflammation.
Det relativa överflödet av ACE2 och dess funktion för att reglera aminosyranivåer som svar på kostintag, och i medfödd immunitet, kan vara en andra länk mellan tarmmikrobiomet och inflammation, som i sin tur förutsäger allvarligheten av COVID-19.
Studien visar också att 2,4% av skillnaden i mottaglighet för sjukdomen förklaras av 9 faktorer relaterade till provets demografi och kliniska egenskaper, som utbildningsnivå, sex, och olika fysiologiska parametrar som blodtryck och biokemi. Dessa modulerar indirekt sammansättningen av tarmmikrobiomet.
Forskarna föreslår att hos friska människor, tarmmikrobiomets sammansättning är mycket förutsägbar för de blodproteomiska biomarkörer som är kopplade till allvarlig COVID-19.
"Cytokinstormen" (överdrivna nivåer av proinflammatoriska kemikalier i kroppen) i samband med allvarlig COVID-19 bör behandlas effektivt för att minska dödsfallet i tillståndet. Föreningen av proteomiska biomarkörer med inflammatoriska molekyler, särskilt i äldre åldersgrupper, indikerar att cytokinstormen är ett resultat av den underliggande inflammationen som ses vara vanligare bland denna undergrupp.
Forskarna sammanfattar:"De upptäckta kärnmikrobiella egenskaperna i tarmarna och relaterade metaboliter kan fungera som ett potentiellt förebyggande/behandlingsmål för intervention, särskilt bland dem som är mottagliga för SARS-CoV-2-infektionen. De kan också fungera som potentiella terapeutiska mål för läkemedelsutveckling. ”
medRxiv publicerar preliminära vetenskapliga rapporter som inte är fackgranskade och, därför, inte anses vara avgörande, vägleda klinisk praxis/hälsorelaterat beteende, eller behandlas som etablerad information.
bioRxiv publicerar preliminära vetenskapliga rapporter som inte är granskade och, därför, inte anses vara avgörande, vägleda klinisk praxis/hälsorelaterat beteende, eller behandlas som etablerad information.
Hälften av de droger som används skadar tarmbakterier,
Varför COVID-19-patienter har fler patogena bakterier i näsan
Studie med tvillingar visar att covid-19-symtom har ett genetiskt bidrag
COVID-19:Hur sjukdomen ser ut
Rapporterar etiketter på kommersiella kefirprodukter mikrobiella nivåer korrekt?
Forskare utvinner fullständigt mänskligt genom från ett tusentals år gammalt "tuggummi"
Hushållens desinfektionsmedel kan bidra till fetma hos barn
Kanadensiska forskare har visat att vanliga hushållsrengöringsprodukter kan göra barn överviktiga genom att orsaka förändringar i tarmmikrofloran. Sergey Mironov | Shutterstock Forskarna
Blodprov för mikrobiellt DNA kan varna för cancer
En ny studie publicerad i tidskriften Natur den 11 mars, 2020, kan förändra den för närvarande uppfattningen om cancer orsak och diagnos. Forskarna har kommit med en ny teknik för att upptäcka förek
Ultraviolett B -ljus är bra för tarmmikrobiomet
En liten studie publicerad i tidningen Gränser i immunologi den 24 oktober, 2019, visar att exponering för ultraviolett B (UVB) ljus, som vanligtvis uppnås genom exponering för solljus, kan utlösa s