Kolorektal kanserde bağırsak mikrobiyotası ile mikrobiyota fermantasyon ürünü gaita kısa zincirli yağ asitlerinin rolünün incelenmesi ve tanıda kullanılabilecek olası biyobelirteçlerin araştırılması
Investigation of the role of intestinal microbiota and microbiota fermentation product short-chain fatty acids in colorectal cancer and determination of possible biomarkers for diagnosis
Yazar: ESRA SAYLAM
Danışman: DOÇ. DR. SALİH MAÇİN
Selçuk Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Kolorektal kanser (KRK), tüm dünyada en sık görülen kanserlerden biridir ve önemli bir küresel sağlık sorunudur. Özellikle genç nüfusta (<50 yaş) KRK insidans ve mortalitesi artmaktadır. Bu nedenle KRK'nın erken tespiti ve önlenmesi için yeni stratejilere acilen ihtiyaç vardır. İnsan bağırsak mikrobiyotası, bakteri, virüs, mantar ve protozoalar gibi çok sayıda mikroorganizmayı barındıran karmaşık bir ekosistemdir. Bağırsak mikrobiyotasındaki disbiyoz, konakçının fizyolojik koşullarını değiştirerek çeşitli hastalıklara yol açmaktadır. KRK'nın çevresel risk faktörleri arasında bağırsak mikrobiyotası önemli bir role sahiptir. Artan kanıtlar bağırsak mikrobiyotasının, KRK patogenezinde rol oynadığını göstermektedir. Bu çalışmada, sağlıklı kontroller ile yeni tanı alan KRK hastalarının bağırsak mikrobiyota profilleri, kısa zincirli yağ asitleri, zonulin ve lipopolisakkarit bağlayıcı protein düzeyleri analiz edilerek KRK ile bağırsak mikrobiyotası arasındaki ilişkinin aydınlatılması amaçlanmıştır.
Çalışmaya, Selçuk Üniversitesi Tıp Fakültesi Genel Cerrahi Polikliniğinde, Mart 2023-Aralık 2023 tarihleri arasında yeni tanılı 16 KRK hastası ve aynı polikliniğe başvurup KRK taramasında negatif çıkan 16 sağlıklı birey dahil edildi. Mikrobiyota analizi için öncelikle Quick-DNA™ Fecal/Soil Microbe Miniprep Kit (Zymo Research, USA) kullanılarak gaita örneklerine DNA izolasyonu yapıldı. Sekanslama işlemi için MinION (Oxford Nanopore, UK) cihazı kullanıldı. Guppy yazılımı ve Python programlama dili kullanılarak veriler işlendi. LBP ve zonulin serum düzeyleri analizi için Elabscience ticari ELISA kiti kullanıldı. Gaitadan kısa zincirli yağ asitleri analizi için alev iyonizasyon detektörü ve DB-FFAP kolonu ile donatılmış GC-MS/MS (Agilent 8860 serisi, USA) cihazı kullanıldı.
Çalışma gruplarının yaş ve cinsiyet dağılımları benzer seçildi. Shannon ve Simpson indekslerine göre bağırsak mikrobiyal alfa çeşitliliği KRK hastalarında düşük saptanırken iki grubun mikrobiyal dağılımları beta çeşitlilik açısından anlamlı derecede farklı bulundu. KRK hastalarında filum düzeyinde Bacteroidota düşük saptanırken, sınıf düzeyinde Clostridia, Bacteroidia ve Negativicutes düşük saptandı. Aile düzeyinde KRK hastalarında Lachnospiraceae düşük, Enterococcaceae yüksek saptandı. Cins düzeyinde ise KRK hastalarında Enterococcus yüksek, Roseburia, Lachnoclostridium ve Blautia düşük saptandı. Tür düzeyinde, Enterococcus faecium, Ruminococcus bicirculans, Enterococcus gilvus, Enterococcus casseliflavus, Segatella oris ve Alistipes senegalensis KRK hastalarında daha yüksek saptandı. Olası biyobelirteç adayları olarak, Enterococcus faecium, Ruminococcus bicirculans, Enterococcus gilvus, Enterococcus casseliflavus, Segatella oris ve Akkermansia muciniphila türleri saptandı. Serum zonulin düzeyleri KRK hastalarında daha yüksek saptandı.
Bağırsak mikrobiyotası ile KRK arasında oldukça önemli bir ilişki mevcuttur. Bu ilişkinin multifaktöriyel olarak değerlendirilmesi, KRK'da olası biyobelirteç tanımlama ve yeni tedavi seçeneklerinin geliştirilme çalışmalarına ışık tutabilir.

Abstract:
Colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancers worldwide and is a significant global health issue. Particularly in the young population (<50 years old), the incidence and mortality of CRC are increasing. Therefore, there is an urgent need for new strategies for the early detection and prevention of CRC. The human gut microbiota is a complex ecosystem that harbors numerous microorganisms, including bacteria, viruses, fungi, and protozoa. Dysbiosis in the gut microbiota alters the physiological conditions of the host, leading to various diseases. Among the environmental risk factors for CRC, the gut microbiota plays a significant role. Increasing evidence indicates that the gut microbiota is involved in CRC pathogenesis. In this study, the gut microbiota profiles, short-chain fatty acids, zonulin, and lipopolysaccharide-binding protein levels of newly diagnosed CRC patients were analyzed along with healthy controls to elucidate the relationship between CRC and the gut microbiota.
The study included 16 newly diagnosed CRC patients and 16 healthy individuals who tested negative for CRC screening, all of whom were admitted to the General Surgery Outpatient Clinic at Selçuk University Faculty of Medicine between March 2023 and December 2023. For microbiota analysis, DNA isolation from stool samples was initially performed using the Quick-DNA™ Fecal/Soil Microbe Miniprep Kit (Zymo Research, USA). The MinION device (Oxford Nanopore, UK) was used for sequencing. Data processing was carried out using Guppy software and the Python programming language. Commercial ELISA kits from Elabscience were used for the analysis of LBP and zonulin serum levels. For the analysis of short-chain fatty acids from stool samples, a gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) system equipped with a flame ionization detector and a DB-FFAP column (Agilent 8860 series, USA) was employed.
The age and gender distributions of the study groups were selected to be similar. Intestinal microbial alpha diversity was found to be lower in CRC patients according to the Shannon and Simpson indices, while the microbial distributions of the two groups were significantly different in terms of beta diversity. At the phylum level, Bacteroidota was found to be lower in CRC patients, while at the class level, Clostridia, Bacteroidia, and Negativicutes were found to be lower. At the family level, Lachnospiraceae was lower and Enterococcaceae higher in CRC patients. At the genus level, Enterococcus was higher, while Roseburia, Lachnoclostridium, and Blautia were lower in CRC patients. At the species level, Enterococcus faecium, Ruminococcus bicirculans, Enterococcus gilvus, Enterococcus casseliflavus, Segatella oris, and Alistipes senegalensis were found to be higher in CRC patients. Possible biomarker candidates identified include Enterococcus faecium, Ruminococcus bicirculans, Enterococcus gilvus, Enterococcus casseliflavus, Segatella oris, and Akkermansia muciniphila species. Serum zonulin levels were higher in CRC patients.
There is a significant relationship between the gut microbiota and CRC. Evaluating this relationship multifactorially may shed light on biomarker identification in CRC and the development of new treatment options.