Différences dans les métabolites microbiens fécaux et le microbiote des enfants avec un diagnostic de TSA

Aperçu: G.M.

Les preuves soutenant que les problèmes intestinaux sont liés aux symptômes de TSA ont été accumulées chez les humains et les modèles animaux de TSA. Les microbes intestinaux et leurs métabolites peuvent être liés non seulement à des problèmes gastro-intestinaux mais aussi à des symptômes de comportement de TSA. En dépit de cet intérêt important, la plupart des études antérieures ont porté principalement sur la structure microbienne, et les études sur les métabolites fécaux sont rares dans le contexte des TSA. Ainsi, l'équipe a cherché à détecter les métabolites fécaux qui peuvent être présents à des concentrations significativement différentes chez 21 enfants avec un diagnostic de TSA (dTSA) et chez 23 enfants neurotypiques et à étudier son lien possible avec le microbiome intestinal humain. Les chercheurs ont  examiné les profils des métabolites et les compositions microbiennes dans les échantillons fécaux.

Sur les 59 métabolites détectés, les concentrations d'isopropanol étaient significativement plus élevées dans les fèces des enfants avec dTSA après plusieurs tests de correction. Ils ont également observé des tendances similaires de métabolites fécaux dans des études antérieures; les enfants avec dTSA ont un p-crésol fécal plus élevé et des concentrations de GABA probablement plus faibles. De plus, l'analyse discriminante de Fisher (FDA) suggérant qu'un groupe de métabolites - caprate, nicotinate, glutamine, thymine et aspartate - pourrait fonctionner comme un biomarqueur modeste pour séparer les participants TSA du groupe neurotypique (78 % de sensibilité et 81% de spécificité). Conformément à une précédente étude de cohorte en Arizona, l'équipe a également confirmé la diminution de la diversité microbienne intestinale et la réduction de l'abondance relative de Prevotella copri chez les enfants avec dTSA. Après de multiples corrections, les chercheurs ont également appris que les abondances relatives de Feacalibacterium prausnitzii et d'Haemophilus parainfluenzae étaient plus faibles dans les fèces des enfants avec dTSA. Malgré une liste relativement courte de métabolites fécaux, les données de cette étude soutiennent que les enfants avec dTSA ont des profils de métabolites modifiés dans les fèces comparativement aux enfants neurotypiques et justifient une étude plus approfondie des métabolites dans les grandes cohortes.

Anaerobe. 2017 Dec 21. pii: S1075-9964(17)30230-5. doi: 10.1016/j.anaerobe.2017.12.007.

Differences in fecal microbial metabolites and microbiota of children with autism spectrum disorders

Kang DW¹, Ilhan ZE¹, Isern NG², Hoyt DW², Howsmon DP³, Shaffer M⁴, Lozupone CA⁵, Hahn J⁶, Adams JB⁷, Krajmalnik-Brown R⁸.

Author information

1

Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5701, USA.

2

EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory), Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA 99352, USA.

3

Department of Chemical and Biological Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA; Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA.

4

Department of Medicine, University of Colorado Denver, Anschutz Medical Campus, Aurora, CO 80045, USA; Computational Bioscience Program, University of Colorado Denver, Anschutz Medical Campus, Aurora, CO 80045, USA.

5

Department of Medicine, University of Colorado Denver, Anschutz Medical Campus, Aurora, CO 80045, USA.

6

Department of Chemical and Biological Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA; Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA; Department of Biomedical Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA.

7

School of Mechanical, Aerospace, Chemical, and Materials Engineering, Arizona State University, Tempe, AZ 85287, USA.

8

Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5701, USA; School of Sustainable Engineering and the Built Environment, Arizona State University, 501 East Tyler Mall, Tempe, AZ 85287, USA. Electronic address: Dr.Rosy@asu.edu.

Abstract

Evidence supporting that gut problems are linked to ASD symptoms has been accumulating both in humans and animal models of ASD. Gut microbes and their metabolites may be linked not only to GI problems but also to ASD behavior symptoms. Despite this high interest, most previous studies have looked mainly at microbial structure, and studies on fecal metabolites are rare in the context of ASD. Thus, we aimed to detect fecal metabolites that may be present at significantly different concentrations between 21 children with ASD and 23 neurotypical children and to investigate its possible link to human gut microbiome. Using NMR spectroscopy and 16S rRNA gene amplicon sequencing, we examined metabolite profiles and microbial compositions in fecal samples, respectively. Of the 59 metabolites detected, isopropanol concentrations were significantly higher in feces of children with ASD after multiple testing corrections. We also observed similar trends of fecal metabolites to previous studies; children with ASD have higher fecal p-cresol and possibly lower GABA concentrations. In addition, Fisher Discriminant Analysis (FDA) with leave-out-validation suggested that a group of metabolites-caprate, nicotinate, glutamine, thymine, and aspartate-may potentially function as a modest biomarker to separate ASD participants from the neurotypical group (78% sensitivity and 81% specificity). Consistent with our previous Arizona cohort study, we also confirmed lower gut microbial diversity and reduced relative abundances of Prevotella copri in children with ASD. After multiple testing corrections, we also learned that relative abundances of Feacalibacterium prausnitzii and Haemophilus parainfluenzae were lower in feces of children with ASD. Despite a relatively short list of fecal metabolites, the data in this study support that children with ASD have altered metabolite profiles in feces when compared with neurotypical children and warrant further investigation of metabolites in larger cohorts.

PMID:29274915

DOI:10.1016/j.anaerobe.2017.12.007