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Do we need to change our perspective about gut biomarkers? A public data mining approach to identify differentially abundant bacteria in intestinal inflammatory diseases


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Fecha
2023-02-20

Directores
Muñoz Díaz, Claudia Marina

ISSN de la revista
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Editor
Universidad del Rosario

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Resumen
El microbioma intestinal está involucrado en múltiples procesos de la fisiología del huésped, y las disrupciones en la homeostasis del microbioma se han ligado a enfermedades o infecciones secundarias. Dada su importancia, se introdujo el término biomarcadores, definidos como bacterias correlacionadas con estados de enfermedad, dietas y el estilo de vida del huésped. Sin embargo, el área de estudio de los biomarcadores intestinales sigue poco explorado dado que las comunidades asociadas a un estado de enfermedad particular aún no han sido exactamente definidas. Así, este estudio tuvo como objetivo identificar bacterias diferencialmente abundantes entre los sujetos con la enfermedad y sus controles. Por lo anterior, se analizaron datos públicos de estudios enfocados en describir la microbiota intestinal de pacientes con alguna enfermedad inflamatoria intestinal (cáncer colorrectal, enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa y síndrome de colon irritable), junto con sus respectivos controles. Algunas bacterias frecuentemente reportadas (Fusobacterium, Streptococcus y Escherichia/Shigella) presentaron una abundancia diferencial entre los grupos de estudio, exhibiendo una alta abundancia en pacientes con la enfermedad. Los resultados de las bacterias diferencialmente abundantes contrastan con lo reportado en estudios previos sobre ciertas enfermedades inflamatorias, no obstante, se resalta la importancia de considerar enfoques integrales para redefinir o expandir la definición de biomarcadores. Por ejemplo, la diversidad intra-taxa de una comunidad bacteriana debe ser considerada, así como factores ambientales y genéticos del hospedero, e incluso considerar una validación funcional de estos biomarcadores con experimentos in vivo e in vitro. Por lo anterior, estas comunidades bacterianas claves en la microbiota intestinal pueden tener un potencial como probióticos de siguiente generación o pueden ser funcionales para el diseño de tratamientos específicos para ciertas enfermedades intestinales
Abstract
Introduction: the gut microbiome is involved in multiple processes that influence host physiology, and therefore, disruptions in microbiome homeostasis have been linked to diseases or secondary infections. Given the importance of the microbiome and the communities of microorganisms that compose it (microbiota), the term biomarkers were coined, which are bacteria correlated with disease states, diets, and the lifestyle of the host. However, a large field in the study of intestinal biomarkers remains unexplored because the bacterial communities associated with a given disease state have not been exactly defined yet. Methods: Here, we analyzed public data of studies focused on describing the intestinal microbiota of patients with some intestinal inflammatory diseases together with their respective controls. With these analyses, we aimed to identify differentially abundant bacteria between the subjects with the disease and their controls. Results: We found that frequently reported bacteria such as Fusobacterium, Streptococcus, and Escherichia/Shigella were differentially abundant between the groups, with a higher abundance mostly in patients with the disease in contrast with their controls. On the other hand, we also identified potentially beneficial bacteria such as Faecalibacterium and Phascolarctobacterium, with a higher abundance in control patients. Discussion: Our results of the differentially abundant bacteria contrast with what was already reported in previous studies on certain inflammatory diseases, but we highlight the importance of considering more comprehensive approaches to redefine or expand the definition of biomarkers. For instance, the intra-taxa diversity within a bacterial community must be considered, as well as environmental and genetic factors of the host, and even consider a functional validation of these biomarkers through in vivo and in vitro approaches. With the above, these key bacterial communities in the intestinal microbiota may have potential as next-generation probiotics or may be functional for the design of specific therapies in certain intestinal diseases.
Palabras clave
Gut microbiome , Instestinal inflammatory diseases , Differentially abundant bacteria , Beneficial bacteria , Pathogenic bacteria
Keywords
Gut microbiome , Intestinal inflammatory diseases , Differentially abundant bacteria , Beneficial bacteria , Pathogenic bacteria
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