Un recente studio ha valutato l’affidabilità di un nuovo test diagnostico basato sul microbiota per la diagnosi delle malattie infiammatorie intestinali (IBD) in modo non invasivo, identificando i diversi pathway metabolici e le firme microbiche che caratterizzano la colite ulcerosa e il morbo di Crohn.
Lo studio, condotto da Jiaying Zheng e colleghi della University of Hong Kong e pubblicato su Nature Medicine, ha identificato alterazioni riproducibili del microbiota attraverso l’analisi di circa 4400 campioni fecali ottenuti da pazienti con IBD e da individui sani provenienti da tutto il mondo.
Sulla base di queste informazioni, i ricercatori hanno sviluppato un modello diagnostico per discriminare la colite ulcerosa e il morbo di Crohn dai controlli. I principali passaggi e risultati di questo studio, a partire dalla caratterizzazione delle alterazioni microbiche intestinali associate alle IBD, sono descritti di seguito.
Analisi metagenomica
I dati metagenomici di 4406 campioni di 13 coorti di IBD provenienti da tutto il mondo hanno consentito l’identificazione di 1175 taxa, di cui 674, 637 e 506 specie batteriche sono state assegnate rispettivamente ai gruppi colite ulcerosa, morbo di Crohn e controllo.
I pazienti appartenenti ai primi due gruppi hanno mostrato una diminuzione della diversità e della ricchezza microbica rispetto ai controlli. Le IBD sono risultate associate al 2,2% di alterazione microbica, mentre età e sesso rispettivamente allo 0,28% e allo 0,29%.
L’analisi del microbiota intestinale ha mostrato differenze significative a livello di phylum tra i controlli e i pazienti con IBD.
Il confronto tra i gruppi colite ulcerosa e morbo di Crohn ha anche suggerito la presenza di specie batteriche specifiche per le singole malattie. In particolare, dai dati ottenuti è emerso:
- un arricchimento di 15 specie nel gruppo colite ulcerosa e una riduzione di 48 specie nel gruppo morbo di Crohn
- livelli inferiori di Bacteroidetes e di alcune specie antinfiammatorie nei pazienti con morbo di Crohn
- maggiori livelli di E. coli e Streptococcus nei pazienti con morbo di Crohn ma non in quelli con colite ulcerosa.
I ricercatori hanno quindi sviluppato un modello diagnostico utilizzando:
– 10 specie batteriche come biomarcatori per la colite ulcerosa, delle quali quattro arricchite (Gemella morbillorum, B. hansenii, Actinomyces sp. oral taxon 181 e C. spiroforme) e sei ridotte (C. leptum, F. saccharivorans, G. formicilis, R. torques, Odoribacter splanchnicus e Bilophila wadsworthia)
– 9 specie batteriche come biomarcatori per il morbo di Crohn, delle quali tre arricchite (B. fragilis, E. coli e Actinomyces sp. oral taxon 181) e sei ridotte (R. inulinivorans, B. obeum, Lawsonibacter asaccharolyticus, Roseburia intestinalis, Dorea formicigenerans ed Eubacterium sp. CAG: 274).
Colite ulcerosa e morbo di Crohn
Applicando uno specifico algoritmo, le specie menzionate hanno permesso di distinguere i pazienti con colite ulcerosa e morbo di Crohn dai controlli con un intervallo di confidenza del 95%.
I ricercatori hanno poi focalizzato l’attenzione sulle funzioni metaboliche, identificando 545 pathway disregolati nei pazienti con colite ulcerosa e morbo di Crohn. In particolare:
- i pathway di degradazione delle ammine e delle poliammine, gli acidi grassi e la biosintesi dei lipidi hanno mostrato un marcato arricchimento nei pazienti con colite ulcerosa e morbo di Crohn rispetto ai controlli
- i biomarcatori aumentati nei pazienti con colite ulcerosa e morbo di Crohn sono risultati correlati a pathway metabolici della malattia
- i pathway coinvolti nella biosintesi degli aminoacidi sono risultati associati principalmente a specie batteriche ridotte nella colite ulcerosa, come C. leptum, F. saccharivorans, G. formicilis e R. torques. Nei pazienti con morbo di Crohn ha svolto un ruolo principale E. coli.
Per esplorare il ruolo dei biomarcatori batterici nelle funzioni metaboliche, i ricercatori hanno anche sviluppato una sorta di “punteggio disfunzionale” (dysfunctional score) per ogni individuo stimandone la differenza rispetto ai controlli. La correlazione positiva tra modello diagnostico e punteggio disfunzionale suggerisce che i biomarcatori batterici potrebbero segnalare le alterazioni metaboliche nelle IBD.
Convalida del test
Successivamente, lo studio ha valutato l’accuratezza e la stabilità dei biomarcatori batterici per le IBD. Per farlo, i pazienti sono stati suddivisi a seconda che la malattia fosse attiva o inattiva. I risultati evidenziano una diversa abbondanza di specie associate a colite ulcerosa e morbo di Crohn negli individui con IBD inattiva rispetto ai controlli. Sebbene il modello diagnostico non sia stato in grado di distinguere tra IBD attiva e inattiva, i risultati hanno dimostrato la sua capacità di identificare i pazienti con colite ulcerosa o morbo di Crohn in fase inattiva rispetto ai controlli sani.
Il modello è stato quindi convalidato con successo utilizzando cinque set di dati indipendenti e multietnici, inclusi i biomarcatori riportati nella discovery cohort e ulteriori set di dati metagenomici. Se confrontato con il test tradizionale per lo screening delle IBD, il nuovo modello sviluppato ha mostrato maggiore sensibilità e specificità.
Infine, prendendo 18 specie identificate per queste due patologie, il modello è stato testato e convalidato anche per altri disturbi gastrointestinali, mostrando prestazioni più elevate rispetto alla tradizionale calprotectina fecale nel distinguere le IBD dalle non-IBD.
Conclusioni
In conclusione, questo studio ha presentato lo sviluppo di uno strumento diagnostico per le IBD, evidenziando alterazioni riproducibili nelle firme del microbiota intestinale e nella funzionalità metabolica principalmente associate alla colite ulcerosa e al morbo di Crohn. Questo strumento potrebbe dunque facilitare la diagnosi delle IBD in modo non invasivo.
