By adminvps06 
Dalam studi terbaru yang diterbitkan di Nature Microbiology , sekelompok peneliti menyelidiki hubungan antara komponen mikrobioma usus multikingdom dan penanda fungsional dengan gangguan spektrum autisme (ASD) (kondisi perkembangan saraf kompleks yang ditandai dengan gangguan sosial, kognitif, dan perilaku) melalui pengurutan metagenomik sampel tinja anak-anak.
Latar belakang
Penyebab ASD diyakini melibatkan kombinasi faktor genetik dan lingkungan. Penelitian terkini menunjukkan bahwa mikrobioma usus berperan penting dalam ASD dengan memodulasi sumbu otak-usus dan jaringan neuroimun. Komposisi mikrobiota usus yang berubah telah diamati pada anak-anak dengan ASD, dan intervensi seperti transplantasi mikrobiota feses dari donor yang sehat telah menunjukkan perbaikan gejala.
Sebagian besar penelitian difokuskan pada komponen bakteri, tetapi teknologi metagenomik baru menunjukkan pentingnya mempelajari archaea, jamur, dan virus. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami sepenuhnya interaksi multikingdom dan kontribusinya terhadap patogenesis ASD.
Tentang penelitian ini
Dalam penelitian ini, anak-anak di bawah usia 12 tahun, baik neurotipikal maupun dengan ASD, direkrut dari Klinik Psikiatri Anak dan Remaja antara Desember 2021 dan Desember 2023. Diagnosis ASD didasarkan pada kriteria Manual Diagnostik dan Statistik Gangguan Mental, Edisi Kelima (DSM-5). Anak-anak neurotipikal disesuaikan berdasarkan usia dan jenis kelamin dan disaring menggunakan Chinese Autism Spectrum Quotient Child Version. Pengecualian meliputi individu dengan keterbelakangan mental, gangguan neurologis, psikosis, gangguan depresi, penyakit medis utama, penggunaan probiotik atau antibiotik baru-baru ini, dan obat-obatan tertentu.
Profil peserta yang komprehensif mencakup demografi, kondisi fisik dan psikiatris, gangguan gastrointestinal (GI), riwayat pengobatan, parameter orangtua, dan pola makan. Untuk menguji spesifisitas penanda, kelompok ASD rumah sakit independen dan kelompok ASD komunitas dibentuk untuk validasi, bersama dengan kelompok untuk ADHD dan dermatitis atopik.
Sampel tinja dikumpulkan menggunakan media pengawet, untuk memastikan integritas asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA) mikroba. Ekstraksi dan pengurutan DNA dilakukan pada sistem Illumina NovaSeq, diikuti oleh penyaringan dan pemetaan kualitas ke berbagai genom.
Profil mikroba dianalisis menggunakan Kraken 2, Bracken, dan HUMAnN, dengan data yang ditransformasikan untuk penilaian asosiasi mikrobioma-fenotipe. Model pembelajaran mesin, yang dilatih menggunakan pengklasifikasi hutan acak, diuji dalam kelompok validasi independen dan kumpulan data publik untuk memastikan ketahanan.
Hasil studi
Sebanyak 1.627 anak berusia 1-13 tahun (24,4% perempuan) dari lima kelompok independen direkrut untuk penelitian ini. Data fenotipik yang luas, termasuk 236 faktor seperti usia, jenis kelamin, indeks massa tubuh (IMT), pola makan, pengobatan, penyakit penyerta, gangguan kejiwaan, gejala GI, karakteristik keluarga, dan faktor teknis, dikumpulkan. Pengurutan metagenomik dilakukan pada sampel tinja dari anak-anak ini, termasuk 709 anak dengan ASD dan 374 kontrol neurotipikal dalam kelompok penemuan.
Kohort rumah sakit independen yang terdiri dari 172 sampel tinja (82 ASD, 90 neurotipikal) dan kohort komunitas anak-anak yang lebih muda (116 ASD, 60 neurotipikal) digunakan untuk validasi. Selain itu, 237 metagenom tinja dari kumpulan data yang dipublikasikan dan kohort non-ASD anak-anak dengan gangguan hiperaktivitas defisit perhatian (ADHD) (n=118) dan dermatitis atopik (n=78) dianalisis untuk validasi lebih lanjut dan pengujian spesifisitas.
Pada tingkat fungsional, faktor fenotipe host menjelaskan 17,1% dan 15,7% variasi pada jalur mikrobioma dan gen mikroba, masing-masing. Diagnosis ASD menduduki peringkat teratas sebagai faktor yang menjelaskan variasi pada jalur mikrobioma dan gen mikroba. Setelah disesuaikan dengan faktor pengganggu, 27 gen Kyoto Encyclopedia of Genes dan Genomes Orthology (KO) diferensial (23 menurun, 4 meningkat) dan 12 jalur diferensial (9 asosiasi negatif, 3 asosiasi positif dengan ASD) diidentifikasi. Jalur biosintesis ubiquinol-7 dan thiamine diphosphate berkurang secara signifikan pada anak-anak dengan ASD dibandingkan dengan anak-anak neurotipikal, mendukung peran potensial mereka dalam patogenesis ASD.
Penanda mikroba kerajaan tunggal untuk diagnosis ASD dievaluasi, dengan model jalur mikroba menunjukkan kemampuan prediktif terkuat (area di bawah kurva (AUC) 0,87), diikuti oleh gen mikroba (AUC 0,86), bakteri (AUC 0,85), archaea (AUC 0,76), jamur (AUC 0,74), dan virus (AUC 0,68). Model multikingdom yang menggabungkan fitur-fitur ini menunjukkan kinerja yang unggul dengan AUC 0,91, yang menunjukkan akurasi diagnostik yang lebih tinggi untuk mendeteksi ASD. 31 penanda mikroba yang diidentifikasi mencakup beberapa bakteri dan jalur yang berkontribusi terhadap akurasi diagnostik, seperti jalur biosintesis ubiquinol-7 dan jalur biosintesis tiamin difosfat.
Validasi eksternal panel 31 penanda dalam kelompok rumah sakit independen mempertahankan AUC berkisar antara 0,55 hingga 0,87, dengan model terpadu yang mendapat peringkat tertinggi. Pengujian lebih lanjut dalam kelompok yang lebih muda menunjukkan kinerja yang konsisten, dengan model yang mencapai AUC sebesar 0,89. Panel tersebut juga menunjukkan reproduktifitas di berbagai populasi, dengan AUC sebesar 0,78 dalam kumpulan data publik, yang mengonfirmasi penerapannya di berbagai jenis kelamin dan lokasi geografis.
Spesifisitas panel penanda multikingdom divalidasi dalam kelompok non-ASD, yang menunjukkan nilai AUC yang lebih rendah pada anak-anak dengan ADHD dan dermatitis atopik, yang mendukung spesifisitas panel untuk ASD. Penipisan gen biosintesis ubiquinol-7 dan thiamine diphosphate dalam mikrobiota usus secara konsisten diamati di seluruh kelompok, yang menyoroti hubungan kuat mereka dengan ASD.