6.4: Estudio 3- Proyecto de Ecología Gut Humana (HuGE)
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Este estudio tiene como objetivo identificar más de trescientos factores dietéticos y ambientales que afectan al microbioma humano. Los factores, que fueron seguidos regularmente por una App para iPhone, fueron los alimentos que el sujeto comió, cuánto dormía, el estado de ánimo en el que estaban etc. Además, se tomaron muestras de heces de los sujetos todos los días durante un año para realizar análisis de secuencia de las abundancias del grupo bacteriano para un día específico
Figura 6.3: Niveles de abundancia de diferentes grupos bacterianos en pacientes control, pacientes con enfermedad de Crohn y pacientes con colitis ulcerosa.
relevante para un factor ambiental particular. La motivación detrás de llevar a cabo este estudio es que, por lo general, es muy difícil obtener una señal fuerte entre las abundancias bacterianas y el estado de la enfermedad. La exploración de los efectos dietéticos sobre el microbioma humano podría dilucidar algunos de estos factores de confusión en el análisis de abundancia bacteriana. Sin embargo, este estudio analizó factores dietéticos y ambientales en los ecosistemas intestinales de solo dos sujetos; inferir correlaciones estadísticamente significativas con factores ambientales requeriría grandes cohortes de sujetos.
La Figura 6.4 muestra los niveles de abundancia de diferentes grupos bacterianos en el intestino de los dos donantes a lo largo del experimento. Un punto clave a notar es que dentro de un individuo, la abundancia bacteriana es muy similar a través del tiempo. Sin embargo, las abundancias de grupos bacterianos en el intestino difieren significativamente de persona a persona.
Un factor dietético estadísticamente significativo que se descubrió como marcador predictivo de abundancias de popu- lación bacteriana es el consumo de fibra. Se dedujo que el consumo de fibra está altamente correlacionado con la abundancia de grupos bacterianos como Lachnospiraceae, Bifidobacteria y Ruminococcaceae. En el Donante B, el incremento de 10g en el consumo de fibra incrementó la abundancia general de estos grupos bacterianos en 11%.
En la Figura 6.6 y la Figura 6.7, se muestra una gráfica de horizonte de los dos donantes B y A respectivamente. En la Figura 6.5 se da una leyenda para leer estas gráficas de horizonte. Para cada grupo bacteriano se muestra el gráfico abundancia-tiempo con diferentes colores para diferentes capas de abundancia, los segmentos de diferentes capas se colapsan en la altura de una sola capa mostrando solo el color con la mayor diferencia de valor absoluto de la abundancia normal, y finalmente el negativo los picos se cambian a picos positivos conservando su color original.
En la Figura 6.6, vemos que durante el viaje del donante a Tailandia, se produce un cambio significativo en su ecosistema bacteriano intestinal. Un gran número de grupos bacterianos desaparecen (mostrados en la mitad inferior de la parcela del horizonte) tan pronto como el donante comienza a vivir en Tailandia. Y tan pronto como el donante regresa a Estados Unidos, los niveles de abundancia de estos grupos bacterianos vuelven rápidamente a sus niveles normales. Además, algunos grupos bacterianos que normalmente se consideran patógenos (los primeros 8 grupos se muestran en la parte superior) aparecen en el ecosistema del donante casi tan pronto como el donante se traslada a Tailandia y en su mayoría desaparece cuando regresa a Estados Unidos. Esto indica que los factores ambientales (como la ubicación) pueden causar cambios importantes en nuestro ecosistema intestinal mientras que el factor ambiental está presente pero puede desaparecer después de que se elimine el factor.
Se retiraron cifras del laboratorio David debido a restricciones de derechos de autor.
Figura 6.4: Abundancias bacterianas intestinales trazadas a lo largo del tiempo para los dos donantes participantes en el proyecto HuGE.
Se retiraron cifras del laboratorio David debido a restricciones de derechos de autor.
Figura 6.5: Descripción de cómo leer una gráfica de horizonte.
Se retiraron cifras del laboratorio David debido a restricciones de derechos de autor.
Figura 6.6: Gráfica de horizonte del Donante B en el estudio HuGE.
En la Figura 6.7, vemos que después de que el donante se infecta con salmonela, una porción significativa de su ecosistema intestinal es reemplazada por otros grupos bacterianos. Un gran número de grupos bacterianos desaparecen permanentemente durante la infección y otros grupos bacterianos reemplazan sus nichos ecológicos. En otras palabras, la introducción de un nuevo factor ambiental lleva el ecosistema bacteriano en el intestino del donante de un punto de equilibrio a otro completamente diferente. A pesar de que la población bacteriana consiste principalmente en salmonela durante la infección, antes y después de la infección el recuento bacteriano permanece más o menos igual. El escenario que ocurrió aquí es que la salmonela llevó a algunos grupos bacterianos a la extinción en el intestino y grupos bacterianos similares se apoderaron de sus nichos ecológicos vacíos.
En la Figura 6.8, se muestran valores p para los niveles de correlación de abundancia bacteriana del día a día para el Donante A y B. En la matriz de correlación del Donante A, existe una alta correlación dentro del intervalo de tiempo a correspondiente a la preinfección y dentro del intervalo de tiempo b correspondiente a la posinfección. Sin embargo, entre a y b casi no hay correlación alguna. Por otro lado, en la matriz de correlación del donante B, vemos que los intervalos de tiempo previos a Tailandia y post-Tailandia, c, tienen una alta correlación dentro y entre ellos. Sin embargo, el intervalo d que corresponde al periodo de tiempo del viaje del Donante B a Tailandia, vemos relativamente poca correlación con c. Esto sugiere que las perturbaciones en el ecosistema bacteriano del Donante B no fueron suficientes para causar un desplazamiento permanente del equilibrio de abundancia como en el caso del Donante A debido a infección por salmonela.
Se retiraron cifras del laboratorio David debido a restricciones de derechos de autor.
Figura 6.7: Gráfica de horizonte del Donante A en el estudio HuGE.
Figura 6.8: Matrices diarias de correlación de abundancia bacteriana del Donante A y el Donante B.