PLoS ONE: Impact of Pelvic Strålebehandling på Gut mikrobiota af Gynækologiske kræftpatienter afsløret af Massive Pyrosequencing

Abstrakt

Selvom bækken bestråling er effektiv til behandling af forskellige cancertyper, mange patienter, der modtager strålebehandling oplever alvorlige komplikationer. Gut mikrobielle dysbiosis blev hypotese at være relateret til forekomsten af ​​stråling-induceret komplikationer i kræftpatienter. I mangel af kliniske eller eksperimentelle data om virkningen af ​​stråling på tarmen mikrobiota, blev et prospektivt observationsstudie af tarmens mikrobiota udført i gynækologiske kræftpatienter, der får bækken strålebehandling. I den aktuelle undersøgelse blev den overordnede sammensætning og ændring af tarmens mikrobiota hos cancerpatienter stråling undersøgt af 454 pyrosekventering. Gut mikrobielle sammensætning viste signifikante forskelle (

P

0,001) mellem kræftpatienter og raske personer. Antallet af arter-niveau taxa blev alvorligt reduceret efter strålebehandling (

P

0,045), og den overflod af hvert samfund i høj grad ændret sig. Især blev det phyla Firmicutes og Fusobacterium faldt betydeligt med 10% og steg med 3% efter strålebehandling, hhv. Desuden blev samlet gut mikrobielle sammensætning gradvist remolded efter den fulde behandlingsperiode på bækken strålebehandling. I dette sæt af kræftpatienter, blev dysbiosis af tarmen mikrobiota knyttet til sundhedsstatus, og tarmen mikrobiota var påvirket af bækken strålebehandling. Selvom yderligere undersøgelser er nødvendige for at belyse forholdet mellem dysbiosis og komplikationer induceret af bækken strålebehandling, kan den aktuelle undersøgelse giver indsigt i behandlingen af ​​kræftpatienter, der lider af komplikationer efter strålebehandling.

Henvisning: Nam Y-D, Kim HJ, Seo J-G, Kang SW, Bae J-W (2013) Konsekvenserne af bækken Strålebehandling på Gut mikrobiota af Gynækologiske kræftpatienter afsløret af Massive Pyrosekventering. PLoS ONE 8 (12): e82659. doi: 10,1371 /journal.pone.0082659

Redaktør: Markus M. Heimesaat, Charité, Campus Benjamin Franklin, Tyskland

Modtaget: Maj 29, 2013; Accepteret: 25 oktober 2013; Udgivet: 18. december 2013 |

Copyright: © 2013 Nam et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af en bevilling fra Mid-Career Forsker Program (2011-0028854 til J.-WB) gennem Grundforskningsfonden Korea (NRF) finansieret af Ministeriet for Uddannelse, Videnskab og Teknologi (MEST); SNUH CRI tilskud (0620122120), og nonprofit forskning donation for integrativ medicin fra SK Holdings og den afdøde formand Jong-Hyun Choi. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Forfatterne har følgende interesser: SK Holdings delvist finansieret undersøgelsen. J-GS er ansat af Cell Biotech Co., Ltd. Der er ingen patenter, produkter i udvikling eller markedsførte produkter at erklære. Dette ændrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikker om datadeling og materialer.

Introduktion

Mere end 50% af kræftpatienter får strålebehandling til behandling af cancer [1]. Pelvic bestråling har længe været anvendt som et helbredende eller palliativ terapi og har vist sig at være en succes til behandling af forskellige typer cancer, herunder abdominal og livmoderhalskræft [2,3]. Imidlertid bivirkninger er fælles for bestrålede patienter, fordi bestråling kan skade normale væv i bækken hud, distal tyktarmen, løkker af tyndtarmen, og det urogenitale område sammen med de målrettede tumorceller [4]. Under og efter strålebehandling periode, mange patienter (dvs. 75% af viscerale bækken kræftpatienter) lider symptomer, herunder diarré, slim udledning, rektal blødning, tenesmus, og fækal inkontinens. Disse komplikationer kan øge sundhedsudgifter og dødelighed af kræftpatienter, med længere hospitalsindlæggelser og langsommere kræftbehandling [2].

Mens stråling enteropati er en alvorlig komplikation, er terapeutiske strategier begrænset, fordi de mekanismer af stråling enteropati ikke er godt forstået. Nylige undersøgelser har til formål at belyse menneske-microbiome interaktioner forudsat indsigt i potentielle lægemidler. Crawford og Gordon afslørede betydningen af ​​tarmens mikrobiota i forekomsten af ​​stråleskader [5]. De viste, at kim-fri mus var resistente over for letal stråleskade og havde mindre strålingsinduceret epitelcelleskade sammenlignet med konventionelle mus med kommensal gut mikrobielle flora. Overvækst af gramnegative baciller blev vist at være essentiel i patogenesen af ​​stråling enteropati [6]. Johnson et al. rapporterede, at tarm bestråling kan føre til en generel nedgang i tarmen mikrobiota, ubalance i tarmen bakterielle samfund struktur, og de efterfølgende patogene virkninger på epitel slimhinde [7]. Men trods stigende dokumentation for sammenhængen mellem tarmen mikrobiota og stråling enteropati, har ingen omfattende molekylære analyser udført, for at undersøge indflydelsen af ​​bestråling på tarmens mikrobiota patienter humane cancer.

Nylige fremskridt i sekventering teknologi, såsom den 454 pyrosekventering tilgang, giver en hurtigere og enklere måde til analyse mikrobielle samfund i forhold til alle andre kultur-afhængige eller -uafhængige metoder [8-11]. De er blevet anvendt med succes til at karakterisere mikrobielle diversitet i forskellige regioner af det menneskelige legeme, herunder huden [12], mundhulen [13], vagina [14], og tarmkanalen [15,16]. Indtil nu er der dog ikke har været nogen omfattende undersøgelse af effekten af ​​strålebehandling på tarmens mikrobiota i kræftpatienter ved hjælp af denne high-throughput teknologi. Derfor, i den aktuelle undersøgelse blev foretaget en detaljeret og sammenlignende analyse af gut mikrobielle samfund af stråling-behandlede kræftpatienter. Fækale prøver blev periodisk opsamlet fra ni gynækologiske kræftpatienter før, under og efter bækken strålebehandling. Disse prøver blev analyseret af 454 pyrosekventering med prøven-specifikke stregkodede primere rettet mod hyper-variable regioner V1 /V2 af de bakterielle 16S rRNA-generne. Desuden blev den samlede form af tarmen mikrobiota profil af kræftpatienter sammenlignet med raske individer. Så vidt vi ved, er dette den første molekylære økologiske undersøgelse belyse indflydelsen af ​​stråling på tarmens mikrobiota af gynækologiske kræftpatienter bruger dyb sekventering tilgang. Resultaterne af denne undersøgelse vil udvide vores viden om funktionerne i vært-mikrobe interaktion i stråling skade og vil give indsigt i både sygdom patofysiologi samt potentielle lægemidler til kræftpatienter.

Materialer og metoder

Sampling og DNA-ekstraktion

Fækale prøver blev leveret af ni patienter gynækologisk cancer (alder: 35-63 år), der var undergår bækken strålebehandling (tabel S1). Kun patienter, der ikke modtager antibiotika, steroider og immun-suppressants blev inkluderet i denne undersøgelse. Strålebehandling blev leveret i doser på 50,4 Gy per dag, fem gange om ugen i en periode på 5 uger. Skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle deltagere. Undersøgelsen protokol Den blev godkendt af Institutional Review Board of Seoul National University (IRB nummer: H-1002-059-310). Fire sekventielle afføringsprøver blev indsamlet fra hver patient: før behandlingsstart (baseline prøve, T0), efter den første strålebehandling (første strålebehandling prøve, T1), ved udgangen af ​​det femte strålebehandling (sidste strålebehandling prøve, T2), og efter strålebehandling (opfølgning prøve, T3). Alle T0 prøver blev opsamlet i en uge før strålebehandling og T3 blev udtaget mellem en måned og tre måneder efter endelig strålebehandling. T3 prøve af “H” Patienten blev ikke indsamlet på grund af at tage probiotika efter fuld serie af strålebehandling. Hver deltager indsamlet ca. 5 g af afføring i en steril plastbeholder og straks opbevaret beholderen i en fryser, indtil de bragte det til forsøgslaboratorium. Prøver blev opbevaret ved laboratoriet ved -80 ° C indtil yderligere forarbejdning. De fækale DNA’er blev ekstraheret under anvendelse af QIAamp Sool Mini kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) og anvendt som template til PCR-amplifikation.

Pyrosequencing på bakterielle 16S rRNA fragmenter Salg

For at amplificere V1 /V2 16S rRNA-genet regioner [17], blev en 30 ng af oprenset DNA forstærkes med en TOPsimple

TM DryMIX løsning (Enzynomics, Daejeon, Sydkorea) blev forstærket med primerparret 8F (5′-AGAGTTTGAT CCTGGCTCAG-3 ‘ ) og 338R (5’-TGCTGCCTCC CGTAGGAGT-3 ‘) indeholdende otte baser prøvespecifikke stregkode sekvenser (tabel S2) og fælles linker (TC for forlæns og FB til revers primer) sekvenserne ved 5’-enden [18]. Denne fremgangsmåde tillod analyse af PCR-produkter fra flere prøver parallelt på en enkelt 454 picotiter plade, og evnen til at re-sortere sekvenser i orden [19]. Termocykling blev udført på en C 1000 termisk cykliseringsapparat (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) under følgende betingelser: indledende denaturering ved 94 ° C i 2 minutter; 18 cykler af denaturering ved 94 ° C i 30 sekunder, annealing ved 55 ° C i 30 sekunder, forlængelse ved 72 ° C i 1 minut, og en endelig forlængelse ved 72 ° C i 10 minutter.

Efter PCR-reaktionen blev kvaliteten af ​​de amplificerede produkter bekræftet ved elektroforese og PCR amplikoner blev oprenset med QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA). En tilsvarende mængde (100 ng) af hver PCR-amplikon tagget med prøven-specifikke stregkode sekvenser blev samlet og efterfølgende forstærket af emulsion PCR før sekventering ved syntese med massivt parallelle pyrosekventering protokol [20]. Sekventering blev udført gennem en 454 pyrosekventering Genome Sequencer FLX Titanium (Life Sciences, Branford, CT, USA) i overensstemmelse med producentens anvisninger ved en sekventering udbyder (Macrogen, Seoul, Korea).

Sequence behandling

Sekvenserne genereret fra Pyrosekventering var hovedsageligt analyseret med softwaren MOTHUR [21]. Sekvenser blev filtreret ved at fjerne sekvenser med mere end en tvetydig basen opkald og kun beholde sekvenser, der var 300 nt eller længere for at minimere virkningerne af fattige sekvens kvalitet og sekventeringsfejl. Prøve-specifikke sekvenser blev indsamlet i henhold til stregkode sekvenser mærket til hver prøve. De opnåede i denne undersøgelse sekvenser blev uploadet og gjort tilgængelige via DNA databank of Japan (DDJB) under projektet ID 72883 (deponeringsnumre for prøver: DRS001948-DRS001983)

OTU beslutsomhed og taksonomisk klassifikation

trimmet sekvenser fra hver stregkode bin blev justeret ved hjælp af Infernal og tilhørende kovarianskomponenter modeller opnået fra det ribosomale Database Project Group [22]. De opstillede sekvenser baseret på sekundær strukturel information blev yderligere trimmet til at omfatte de samme V1 /V2 regioner. Denne proces tillod præcis analyse ved hjælp af de samme regioner, og samtidig øgede tilpasningen hastighed. Derudover blev potentielle kimære sekvenser fundet og fjernet med

chimera.slayer

kommandoen over MOTHUR. Sekvenser blev reguleret med SILVA-kompatible alignment database (https://www.mothur.org/w/images/9/98/Silva.bacteria.zip). For data normalisering, udvundet vi tilfældigt 1000 sekvenser fra hver prøve, og disse normaliserede sekvenser blev anvendt til nedstrøms analyse. Den Otus (90% til 100% sekvens lighed) blev tildelt ved hjælp af

klynge

kommandoen med længst nabo clustering algoritme. Den Otus defineret ved en afstand niveau 3% blev fylogenetisk klassificeret med en modificeret bakteriel RDP II henvisning database, som indeholder 164,517 16S rRNA-sekvenser tilberedt med TaxCollector (https://www.microgator.org).

EF sammenligning analyse

For at undersøge variationen af ​​tarmen mikrobiota under strålebehandling og sammenligne den samlede tarmen mikrobielle samfund af raske personer til at af kræftpatienter blev OTU oplysninger fra hver prøve overført til dendrogrammer med

tree.shared

kommandoen over MOTHUR. Afstande mellem mikrobielle samfund fra hver prøve blev beregnet med Jaccard og Yue Clayton θ koefficienter. De var repræsenteret ved Uvægtet Pair Group Method med Arithmetic Mean (UPGMA) clustering træer beskriver forskellighed (1-lighed) mellem flere prøver. De resulterende matricer blev også visualiseret med vigtigste koordinere analyse (PCoA) parceller, der er angivet hvilken brøkdel af den samlede varians i data var repræsenteret ved hver akse. Variationer i de genetiske strukturer mikrobielle samfund mellem grupper (raske personer

vs.

Cancerpatienter) og mellem grupper efter strålebehandling fase blev analyseret med analyse af molekylær varians (AMOVA) for at vurdere signifikante forskelle mellem grupperne.

Beregning af artsrigdom og mangfoldighed indeks

Shannon mangfoldighed (H ‘= -Σ

s

ILN (

s

i ), hvor

s

i er andelen af ​​taxon i) [23], ACE, og Chao jeg rigdom indeks [24], og fortynding kurver [25] blev genereret med MOTHUR programmet. 3% forskellighed cut-off værdi blev anvendt til at tildele en OTU. God dækning blev beregnet som G = 1-n /n, hvor n er antallet af singleton phylotypes og N er det totale antal af sekvenser i prøven.

Referencedata

16S rRNA-gen sekvens data i tarmen mikrobielle samfund af seks sunde koreansk voksne kvinder blev hentet fra DDBJ (ftp://ftp.ddbj.nig.ac.jp/ddbj_database /dra /fastq /DRA000 /DRA000316) og anvendt i denne undersøgelse som referencedata for raske individer [15].

Statistisk analyse

Betydningen af ​​observerede forskelle i tarmen mikrobielle systematiske enheder blandt hver gruppe blev hovedsagelig vurderet ved en envejs variansanalyse (ANOVA) efterfulgt af Student-Newman-Keuls posthoc sammenligning med GraphPad InStat-version 3.05 til Windows (GraphPad Software, San Diego, CA, USA). Resultaterne blev præsenteret som middelværdier ± standardfejl af middelværdien (SEM’er). Forskelle blev anset for at være signifikant på

P

0,05.

Resultater

Mangfoldighed estimering af tarmens mikrobiota i gynækologiske kræftpatienter

Efter kvalitetskontrol processer og fjerne kimære sekvenser, vi endelig fået 78,650 sekvenser fra dette eksperiment. Men vi kun brugte tilfældigt udvalgt 1000 sekvenser for hver prøve i det efterfølgende analyse for data normalisering. “Tabel S2 opsummerer antallet af unikke sekvenser, Otus og rigdom, mangfoldighed og dækning værdier for hver normaliserede prøve. Hver enkelt prøve indeholdt et gennemsnit på 554,3 (standardafvigelse (SD) = 91,0) unikke sekvenser og 111,7 Otus (SD = 18,0) ved en cut-off-niveau på 97% for 16S-rRNA-genet lighed (generel bakteriel arter afgrænsning). Antallet af forventede Otus estimeret ved Chao en rigdom estimator i hver prøve var betydeligt højere end antallet af observerede Otus (gennemsnit = 182,0, SD = 34,8), der foreslog, at yderligere phylotypes ville blive identificeret, når alle de eksisterende sekvenser i hver prøve var fuldt inspiceret. Men når en fortyndingscyklussen analyse blev udført for at bestemme, om alle de Otus stede i de normaliserede datasæt var blevet tilstrækkeligt genvundet i pyrosekventering undersøgelse viste individuelle fortynding kurver, et lignende mønster for at nå plateau fase (Figur S1). Desuden god dækning af hver enkelt prøve, som blev brugt til at estimere fuldstændigheden af ​​prøvetagning med en sandsynlighed beregning baseret på et tilfældigt udvalgte amplicon sekvenser, viste også høje værdier (gennemsnit = 95,7%, SD = 0,8%) med en 97% tærskel art-niveau-phylotype

Forskelle af tarme mikrobiota mellem gynækologiske kræftpatienter og raske personer

for at sammenligne gut bakterielle samfund mellem raske personer og gynækologiske kræftpatienter, den relative forekomst af hver phylum-niveau bakteriel systematisk enhed i fækale prøver indsamlet fra ni patienter gynækologiske cancer (T0) og data fra seks raske kvinder hentet fra vores tidligere undersøgelse [15] blev undersøgt (figur S2A). Kræftpatienter og raske personer blev forbundet med ni bakteriel phyla, aktinobakterier, Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria, Lentisphaerae, Proteobacteria, Synergistetes, Tenericutes og Verrucomicrobia, og uklassificerede bakterier, som er den hyppigst forekommende bakterielle phyla i menneskets tarmkanal [12, 26]. Imidlertid er de relative mængder af det dominerende phylum afveg mellem de to grupper. Aktinobakterier hos kræftpatienter var tredive gange højere end hos raske personer, mens Bacteroidetes, Fusobacteria, og Proteobacteria i kræftpatienter var 2,1, 7,4, og 1,4 gange lavere end hos raske personer, hhv. Når de relative mængder af hver phylum blev sammenlignet mellem kræftpatienter og raske personer, aktinobakterier (

P

= 0,001) og Fusobacteria (

P

= 0,001) viste signifikante forskelle mellem de to grupper (figur 1A).

Relative mængderne af seks phylum-niveau taxa sammenlignes (A). Hver søjle repræsenterer middelværdien af ​​overflod (± SEM).

P

-værdier viser betydningen af ​​forskelle mellem kræftpatient og sunde enkelte grupper er vist ved den øverste del af hver graf. Samlet arter niveau bakterielle samfund blev sammenlignet og grupperet af UPGMA algoritmen (B) og visualiseres ved PCoA plots (C) med Jaccard koefficient; RI, RK, RL, RM, RN, og RO repræsenterer raske personer, og AT0 til IT0 repræsenterer gynækologiske kræftpatienter før strålebehandling.

gut bakterielle samfund blev i høj grad befolket af 15 bakterielle fylogenetiske familier med en gennemsnitlig overflod af 74,4% (Max = 84,1%, Min = 66,2%) hos kræftpatienter og 83,2% (Max = 89,1% , min = 75,8%) hos raske individer (figur S2B). Analyse af ANOVA viste markant forskellige resultater for den rigdom af bakterielle familiegrupper mellem kræftpatienter og raske individer (tabel 1). Blandt de 15 testede familiegrupper, Prevotellaceae, Clostridiaceae, Eubacteriaceae, Oscillospiraceae, Fusobacteriaceae, Enterococcaceae, Streptococcaceae var signifikant forskellige mellem kræftpatienter og raske kontroller (

P

0,05). De relative mængder af familierne Clostridiaceae (2,5 gange) og Eubacteriaceae (4,8 gange) var signifikant højere, mens Prevotellaceae (2,9 gange) og familier Oscillospiraceae (3,0 gange) og Fusobacteriaceae (6,3 gange) var signifikant lavere hos kræftpatienter sammenlignet med raske individer .

Family niveau taxon

Overflod i patienter (%)

overflod i Sund (%)

P-værdi

Ruminococcaceae42.5 ± 4.036.4 ± 7.40.136Prevotellaceae4.1 ± 3.711.7 ± 4.60.026Lachnospiraceae4.4 ± 0.87.7 ± 2.40.076Veillonellaceae2.3 ± 0.79.3 ± 5.90.085Clostridiaceae6.0 ± 1.72.4 ± 0.50.018Bacteroidaceae2.7 ± 0.43.1 ± 1.60.144Eubacteriaceae3.9 ± 1.40.8 ± 0.30.025Lactobacillales bacterium0.1 ± 0.03.4 ± 1.60.001Oscillospiraceae0.8 ± 0.52.4 ± 0.80.033Erysipelotrichaceae2.3 ± 1.80.5 ± 0.20.164Fusobacteriaceae0.3 ± 0.11.9 ± 0.40.007Porphyromonadaceae0.6 ± 0,21. 1 ± 0.40.107Butyrate-producerende bacterium2.1 ± 0.62.6 ± 1.30.327Enterococcaceae1.1 ± 0.40.0 ± 0.00.028Streptococcaceae1.0 ± 0.50.1 ± 0.00.007Table 1. Familie niveau forskelle mellem gynækologiske kræftpatienter og sundt kontroller.

CSV download CSV

Vi næste sammenlignet den overordnede sammensætning af tarmen mikrobielle samfund af cancerpatienter med den for raske individer. UPGMA dendrogrammer og ordinations plots (PCoA) beskriver ligheden af ​​prøverne til hinanden blev genereret med de repræsentative 16S rRNA gensekvenser, der svarer til art-niveau Otus af T0 prøver i denne undersøgelse, og dem af de seks tidligere analyseret raske personer. Figur 1B viser den UPGMA træet repræsenterer ligheden af ​​bakteriel medlemskab af kræftpatienter og raske individer. Bemærkelsesværdigt, cancerpatienter og raske personer grupperet separat fra hinanden. Den PCoA plot viste også en klar adskillelse mellem kræftpatienter og raske individer (figur 1C). En AMOVA test blev udført for at bestemme, om centrene af parceller, der repræsenterer en gruppe var mere adskilt end variation blandt prøver af den samme gruppe [27]. Resultaterne viste, at de mikrobielle samfund af kræftpatienter og raske individer viste signifikante forskelle (

P

0,001).

Konsekvenserne af strålebehandling på tarmen mikrobiota af gynækologisk cancer patienter

Vi undersøgte effekten af ​​strålebehandling på tarmen mikrobielle samfund af gynækologiske kræftpatienter. Vi først undersøgt virkningen af ​​strålebehandling på den rigdom og mangfoldighed af tarmens mikrobiota i kræftpatienter. Figur 2A viser den tidsmæssige forandringer i de unikke sekvenser, bemærkede Otus, anslået Otus, og mangfoldighed indeks (H) under strålebehandling af cancerpatienter. I forhold til de første prøver (T0), blev antallet af unikke sekvenser faldet lidt efter den første strålebehandling (T1), faldt dramatisk i stråling (T2), og resulterede i et fald i opfølgende prøver (T3) 10,4%. Selv om antallet af observerede Otus markant forskellig mellem prøver, det viste en faldende tendens gennem strålebehandling period.This faldende tendens blev også identificeret i antallet af anslåede Otus og Shannon mangfoldighed indeks (H). Statistiske analyser at verificere betydningen af ​​disse forskelle viste, at antallet af unikke sekvenser blev reduceret mellem T0 og T3 (P = 0,06) og anslået Otus blev væsentligt reduceret gennem strålebehandling (

P

= 0,04). Derfor kan den rigdom af tarmen mikrobielle samfund i kræftpatienter blive påvirket af strålebehandling. I den aktuelle undersøgelse blev to personer ikke taget kemo behandling under strålebehandling. Derfor sammenligner vi mikrobiel rigdom mellem kemo behandlede og ikke-behandlede cancerpatienter efter strålebehandlingen fase. Antallet af Otus af kemo behandlede patienter ændret fra 116,4 (SD = 18,0) til 112,1 (SD = 15,2), og at af ikke-behandlede patienter ændret fra 122,0 (SD = 12,7) til 112,5 (SD = 14,8) gennem 1

st strålebehandling. Desuden anslås rigdom af Chao1 estimatoren for kemo behandlede patient ændret fra 192 (SD = 33,2) til 185 (SD = 37,5), og at af ikke behandlede patienter ændret fra 189 (SD = 23,3) til 176 (SD = 49,5). Mens data ikke var statistisk analyseret på grund af utilstrækkeligt antal prøver, blev der rigdom af tarmens mikrobiota i ikke-kemo patienter snarere reduceret under strålebehandling. Derfor kan synes ændringer i tarmens mikrobiota i gynækologiske kræftpatienter at være forårsaget af strålebehandling.

Unikke sekvenser, bemærkede Otus, anslået Otus, og mangfoldighed indeks (H) i henhold til strålebehandling blev analyseret (A). Det gennemsnitlige antal (± SEM) for hver parameter vises.

P

-værdier mellem T0 og T3 er markeret. Ændringer af seks store phylum-niveauet systematiske enheder under strålebehandling er repræsenteret (B). Den gennemsnitlige overflod (± SEM) er vist.

P

-værdier i betydelige forskelle kun vist for hver taksonomiske gruppe. T0 = ​​før strålebehandling, T1 = efter første strålebehandling, T2 = efter femte strålebehandling, og T3 = opfølgende prøver.

Vi næste undersøgt virkningerne af strålebehandling på tarmen mikrobielle samfund sammensætning hos cancerpatienter. Figur S3 viser den tidsmæssige ændring af alle phylum-niveauet systematiske enheder, og figur 2B viser ændringen i de relative mængder af væsentlig phylum-niveauet systematiske enheder under strålebehandling. Betragtninger aktinobakterier og Proteobacteria viste en lignende svingende mønster, Firmicutes faldet støt og Fusobacteria og uklassificerede bakterier øges gradvist under strålebehandling, hhv. Den relative overflod af phylum Bacteroidetes gradvist faldt i strålebehandling, men blev stort set forøget ved T3. Hvornår blev udført statistisk analyse for at bekræfte, om forskellene mellem etaperne var betydelig, Firmicutes, Fusobacteria og uklassificerede bakterier viste signifikante forskelle. Den relative overflod af Fusobacteria på T2 var 6,0 gange højere end i T0 (

P

= 0,05) .Unclassified bakterier gradvist øges, og endelig viste 9,9% tilvækst i forhold til T0 prøver (

P

= 0,04). Derimod blev Firmicutes faldt med 10,1% gennem strålebehandling (

P

= 0,09).

Figur 3 viser de tidsmæssige ændringer af større familie-niveau taxa under strålebehandling. Selv om familien niveau gut mikrobielle samfund i nogle patienter viste store udsving, ændret den overordnede sammensætning af familie-niveau gut mikrobiota efter den første strålebehandling lidt i forhold til den indledende fase. Men formen af ​​familie-niveau gut mikrobielle samfund ændret gradvist gennem strålebehandling. Tabel S3 viser de relative mængder af 15 store familie-niveau taxa på hvert tidspunkt og

P

-værdier repræsenterer graden af ​​forskelle. Sammenlignet med T0, blev familien Eubacteriaceae i hver prøve ved T2, og T3 faldt betydeligt (

P

0,032). Fusobacteriaceae steg betydeligt ved T2 og Streptococcaceae steg betydeligt ved T1 i forhold til T0. Familie niveau taxon Veillonellaceae, Enterococcaceae, Lactobacillales bakterie og butyrat-producerende bakterie ved T0, T1, og T2 var ikke forskellige fra hinanden, men det T0 og T3 prøver viste signifikante forskelle (

P

= 0,050). Ud over at inspicere phylum- og familie-niveau ændringer svarende til strålebehandling, vi brugte “metastats” for at afgøre, om der var nogen art niveau phylotypes, der var forskelligt repræsenteret mellem prøverne fra hvert trin [28]. Tabel 2 viser den relative forekomst af hver art-niveau taxon og

P

-værdier mellem de to grupper (med hver fase i forhold til baseline). Selv om der var mange væsentligt forskellige arter-niveau taxa, har vi kun repræsenterede stor taxa med relativ overflod større end 0,1% og

P

-værdier 0,05. Ved T1, blev kun otte arter-plan systematiske enheder berørt, og forskellen i overflod var mindre end 0,4%. Men på T2 blev ni arter-niveau taxa ramt, og den maksimale variation mellem T0 og T2 var 3,5%. Desuden blev nitten arter-plan systematiske enheder ændret sig væsentligt efter den fulde serie af strålebehandling. Gennem strålebehandling, de gennemsnitlige variationer af den relative forekomst i arts-niveau systematiske enheder sammenlignet med T0 var 0,21% (T1), 1,06% (T2), og 0,18% (T3). Fire arter-niveau Taxa blev nedsat ved T1, og 5 og 2 arter-niveau taxa blev nedsat ved T2 og T3, hhv. Desuden blev 4, 4, og 17 arter-niveau systematiske enheder øges ved T1, T2, og T3 henholdsvis.

Hver søjle i Heatmap repræsenterer en prøve fra ni kræftpatienter. Tre eller fire prøver fra de samme individer blev samlet parallelt. Hver række repræsenterer en familie niveau taxon. Farveintensiteten af ​​panelet er proportional med overflod af visse taxon (max 5%). Familien niveau taxon navn er repræsenteret på højre side af Heatmap.

Sample

Taksonomien navn

Overflod i T0 (%)

Testet stadie (%)

Forskel (%)

p-værdi

T0 vs T1

Ruminococcus

sp. CO280 ± 00,4 ± 0.40.40.001

Roseburia

sp. DJF VR770 ± 00,3 ± 0.30.30.001

Ruminococcus

sp. CO410 ± 00,2 ± 0.20.20.001

Lachnospira pectinoschiza

0 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Weissella forvirre

0,3 ± 0,20 ± 00.30.001

Enterobacter

sp. mcp11b0.2 ± 0,20 ± 00.20.001

Klebsiella pneumonia

0,1 ± 0,10 ± 00.10.001

Adlercreutzia equolifaciens

0,1 ± 0,10 ± 00.10.001T0 vs. T2Butyrate-producerende bakterie SS2 /11,2 ± 0,44 0,1 ± 1.32.90.009

Ruminococcus Callidus

1,0 ± 0,50 ± 01.00.03

Dialister

sp. E2 201,0 ± 0,40 ± 01.00.013Human tarm firmicute CB470.9 ± 0.34.4 ± 1.83.50.025

Eubacterium eligens

0,8 ± 0.40.1 ± 0.10.70.032

Eubacterium hallii

0,1 ± 0,10 ± 00.10.041

Actinomyces odontolyticus

0,1 ± 0,10 ± 00.10.046

Lactobacillus murinus

0,1 ± 0,10 ± 00.10.039Clostridiales bakterien DJF CP670 ± 00,2 ± 0.10.20.009T0 vs. T3

Prevotella stercorea

0,3 ± 0,30 ± 00.30.001

Clostridium

sp. BG-C360.1 ± 0,10 ± 00.10.001

Ruminococcus

sp. DJF VR520 ± 00,6 ± 0.30.60.001

Prevotella COPRI

0 ± 00,3 ± 0.30.30.001

Ruminococcus

sp. CO280 ± 00,3 ± 0.20.30.001Butyrate-producerende bakterie T1-8150 ± 00,2 ± 0.10.20.001

Roseburia inulinivorans

0 ± 00,2 ± 0.10.20.001

Bacteroides

sp. CCUG 399.130 ± 00,2 ± 0.20.20.001Swine fækal bakterie FPC1100 ± 00,2 ± 0.20.20.001

Faecalibacterium

sp. DJF VR200 ± 00,2 ± 0.20.20.001

Clostridium methylpentosum

0 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Oscillospira

sp. BA040134930 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Kandidat Bacilloplasma

0 ± 00,1 ± 0.10.10.001Clostridiales bakterie A2-1620 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Coriobacterium

sp. CCUG 339.180 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Amphibacillus

sp. YIM-kkny60 ± 00,1 ± 0.10.10.001Lachnospiraceae bakterien DJF RP140 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Clostridium leptum

0 ± 00,1 ± 0.10.10.001

Ruminococcus

sp. CS10 ± 00,1 ± 0.10.10.001Table 2. Markant anderledes Otus mellem T0 (før behandling) og T1 (første strålebehandling), mellem T0 og T2 (femte strålebehandling), og mellem T0 og T3 (follow-up) prøver (data kun repræsenterer Otus med 0,1% overflod).

CSV Hent CSV

Selvom strålebehandling naturligvis påvirker tarmen mikrobielle samfund af kræftpatienter, hvilke specifikke taxa er ændret under strålebehandling forbliver tvetydig. For eksempel blev mikroorganismer i slægten Ruminococcus steg lidt ved T1 og elimineres ved T2 men tre Ruminoccocal mikroorganismer blev identificeret igen på T3 Desuden er nogle arter-plan systematiske enheder indgår i samme slægt viste modstående mønstre af variation (inkrement /decrement). For eksempel,

Clostridium

sp. BG-C36 blev elimineret, men

C. methylpentosum og C. leptom

øges gennem bestråling. Derfor kan bestråling ikke påvirke specifikke grupper af tarmens mikrobiota men kan i store træk påvirker mikroorganismer, der afviger fra det normale sunde tilstand, afhængigt af tarmen mikrobielle sammensætning for den enkelte.

Endelig undersøgte vi mønstrene i den samlede mikrobielle samfund hos cancerpatienter efter strålebehandling.