COVİD-19 hastalarının bağırsak mikrobiyota profillerinin araştırılması
Investigation of gut microbiota profiles of COVİD-19 patients
Yazar: HATİCE ERDEM
Danışman: PROF. DR. UĞUR ARSLAN
Selçuk Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Bağırsak mikrobiyotası =   ; COVID 19 = COVID 19 ; Dizi analizi = Sequence analysis ; Gastrointestinal mikrobiyom = Gastrointestinal microbiome ; Mikrobiyota = Microbiota

Özet:
İlk defa 2019 Aralık ayında Çin' in Wuhan şehrinde görülen ve kısa sürede bir salgına neden olan COVID-19, 11 Mart 2020' de Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) tarafından küresel salgın olarak ilan edilmiştir. Ülkemizde ilk COVID-19 vakası 11 Mart 2020' de görülmüştür. Koronavirusler tek sarmallı pozitif polariteli RNA virüsleridir ve insanlarda genellikle üst solunum yolu hastalıklarına yol açarlar. COVID-19'da en sık bildirilen semptomlar ateş, öksürük ve nefes darlığıdır. Kusma, ishal ve karın ağrısı gibi gastrointestinal semptomlar, COVID-19 hastalarının %2-10' unda tanımlanmıştır. İnsan vücudunda çeşitli bölgelerde bulunan ve organizmayla simbiyotik ilişki içinde olan bakteri, virüs, mantar gibi mikroorganizmalara mikrobiyota denir. Çok sayıda kanıt, kommensal mikrobiyotanın çeşitli mekanizmalar yoluyla virüsleri istila ederek düzenlediğini ve dolayısıyla viral enfeksiyonlarda uyarıcı veya baskılayıcı rollere sahip olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada COVID-19 hastalığını sahip hastalar ile sağlıklı kontrollerin bağırsak mikrobiyota profilleri analiz edilerek, COVID-19 ile bağırsak mikrobiyotası arasındaki ilişkinin ortaya konması amaçlanmıştır.
Çalışmaya 1 Kasım 2020–1 Şubat 2021 tarihleri arasında Selçuk Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi' ne başvuran COVID-19 hastalarından ayaktan tedavi alan 16 hasta ve hastanede yatarak tedavi alan 16 hasta dahil edildi. Ayrıca kontrol grubu olarak COVID-19 hastası olmayan 16 sağlıklı bireyden rutin tetkikler amacıyla laboratuvara gönderilen dışkı örneklerinden arta kalan kısımlar çalışmaya dahil edildi. Öncelikle tüm örneklere QIAmp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAgen, Hilden Germany) kullanılarak DNA ekstraksiyonu yapıldı. Yeni nesil sekanslama cihazı Ion S5 (A27212, Ion Torrent™) sekans cihazı ile dizileme işlemi yapıldı. Elde edilen veriler Torrent suite(ThermoFisher, ABD)  ve sonrasında Ion Reporter (ThermoFisher, ABD) programında işlendi.
Çalışmaya dahil edilen gaita örneklerinde alfa çeşitliliğin değerlendirilmesinde Shannon, Simpson ve Chao1 indeksleri kullanıldı. Her üç indeks için de grupların bağırsak mikrobiyal alfa çeşitlilikleri arasında anlamlı farklılık saptanmadı. Örneklerin bağırsak mikrobiyota profilleri filum, familya, cins ve tür düzeyinde incelenmiştir. Filum düzeyinde severe ve non-severe COVID-19 hasta gruplarında en fazla oranda Firmicutes tespit edilmişken, konrol grubunda Bacteriodetes filumunun en fazla olduğu tespit edilmiştir. Firmicutes / Bacteriodes oranının ise hastalık şiddeti arttıkça azalma eğiliminde olduğu görülmüştür. Çalışma gruplarının bağırsak mikrobiyota kompozisyonları familya düzeyinde incelendiğinde Bacteroidaceae, Enterobacteriaceae, Prevotellaceae, Ruminococcaceae, Lachnospiraceae familyaları en bol bulunan familyalar olmuştur. Lachnospiraceae familyasının COVID-19 hastalarında sağlıklı kontrollere göre anlamlı derecede azalmış olduğu tespit edilmiştir. Cins düzeyinde ise Bacteriodes ve Provetella cinsleri sağlıklı grupta, severe ve non-severe hasta gruplarına göre daha yüksek oranda bulundu ancak istatiksel anlamlı fark saptanmamıştır. COVID-19 hasta grubunda Gemmiger cinsinin sağlıklı kontrollere göre anlamlı derecede yüksek olduğu tespit edilmiştir. Tür düzeyinde G.formicilis' in hasta gruplarında hastalık şiddetiyle orantılı olarak artma eğilimi istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. 
Bağırsak mikrobiyota bileşimi, insan popülasyonları arasında oldukça heterojendir ve çalışmamızda bildirilen değişiklikler, diğer biyocoğrafyalardan COVID-19 hastalarına mutlaka uyum sağlamayabilir. Ancak farklı popülasyonlarda mikrobiyota ve metabolik ürünlerinin bileşimini COVID-19 bağlamında ortaya çıkarmak, hastalığın yeni biyobelirteçlerinin belirlenmesine ve yeni terapötik hedeflerin belirlenmesine yardımcı olacaktır. COVID-19 için tedaviler ve aşılar geliştirmek birincil öneme sahip olsa da, bağırsak mikrobiyotasını hastalık önleme ve yönetimi için kullanmak da akıllıca olacaktır.

Abstract:
COVID-19, which was first seen in Wuhan, China in December 2019 and caused an escrow in a short time, was declared a global file by the World Health Organization (WHO) on March 11, 2020. In our country, the first COVID-19 case was seen on March 11, 2020. Coronaviruses are single-stranded positive-sense RNA viruses and usually cause upper respiratory tract diseases in humans. The most commonly reported symptoms are fever, cough, and shortness of breath. Gastrointestinal symptoms such as vomiting, diarrhea and abdominal pain have been described in 2-10% of COVID-19 patients. Microorganisms such as bacteria, viruses and fungi, which are found in various parts of the human body and are in symbiotic relationship with the organism, are called microbiota. A large body of evidence indicates that the commensal microbiota is regulated by invading viruses through a variety of mechanisms and thus has stimulatory or suppressive roles in viral infections. In this study, it was aimed to reveal the relationship between COVID-19 and gut microbiota by analyzing the gut microbiota profiles of patients with COVID-19 disease and healthy controls.
The study included 16 patients who received outpatient treatment and 16 patients who received inpatient treatment from COVID-19 patients who applied to Selçuk University Medical Faculty Hospital between 1 November 2020 and 1 February 2021. In addition, as the control group, the remaining parts of the stool samples sent to the laboratory for routine examinations from 16 healthy individuals without COVID-19 disease were included in the study. First, DNA extraction was performed on all samples using the QIAmp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAgen, Hilden Germany). Sequencing was performed with the next generation sequencing device, Ion S5 (A27212, Ion Torrent™). Obtained data were processed in Torrent suite (ThermoFisher, USA) and then Ion Reporter (ThermoFisher, USA) program.
Shannon, Simpson and Chao1 indices were used to evaluate alpha diversity in stool samples included in the study. There was no significant difference between the intestinal microbial alpha diversity of the groups for all three indices. The intestinal microbiota profiles of the samples were examined at the level of phylum, family, genus and species. At the phylum level, Firmicutes was detected at the highest rate in severe and non-severe COVID-19 patient groups, while Bacteriodetes phylum was found to be the highest in the control group. It was observed that the Firmicutes / Bacteriodes ratio tended to decrease as the severity of the disease increased. When the intestinal microbiota compositions of the study groups were examined at the family level, the families Bacteroidaceae, Enterobacteriaceae, Prevotellaceae, Ruminococcaceae, Lachnospiraceae were the most abundant families. It has been determined that the Lachnospiraceae family is significantly reduced in COVID-19 patients compared to healthy controls. At the genus level, Bacteriodes and Provetella genera were found to be higher in the healthy group than in the severe and non-severe patient groups, but no statistically significant difference was found. It was determined that the Gemmiger genus was significantly higher in the COVID-19 patient group compared to the healthy controls. At the species level, the tendency of G.formicilis to increase in patient groups in proportion to the severity of the disease was found to be statistically significant. 
The composition of the gut microbiota is highly heterogeneous among human populations, and the changes reported in our study may not necessarily adapt to COVID-19 patients from other biogeographies. However, revealing the composition of the microbiota and its metabolic products in different populations in the context of COVID-19 will help identify new biomarkers of the disease and identify new therapeutic targets. While developing treatments and vaccines for COVID-19 is of primary importance, it is also wise to use the gut microbiota for disease prevention and management.