Evaluación in silico de microbiomas intestinales para identificar biomarcadores específicos en enfermedades de Crohn y Celíaca usando técnicas de metagenómica comparativa
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Date
2025-02
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología. Carrera de Biotecnología
Abstract
Understanding the intestinal microbiota is crucial for advancing the diagnosis and treatment of inflammatory diseases such as Crohn's disease (CDr) and Celiac disease (CD). This study employs comparative metagenomics techniques to identify specific biomarkers to differentiate these pathologies. The results highlight the relevance of microbial dysbiosis as a common factor, but also highlight significant differences in the composition and functions of the intestinal microbiota in each disease, which will advance the understanding of these pathologies, and create opportunities for the development of diagnostic tools and innovative therapies. The analysis was performed using 16S rRNA gene samples, processed with the QIIME2 tool under strict sample quality criteria. In parallel, the impact of sex was evaluated by analyzing significant variations in beta microbial diversity in patients with CDr. Functional analysis performed with PICRUSt revealed specific metabolic pathways related to inflammation in CD and oxidative stress in rCD. Microbial differences observed showed an increase in Proteobacteria, along with reductions in Firmicutes and Actinobacteria. In addition, biomarkers were identified in common such as, Faecalibacterium and Lachnospiraceae, and specific ones such as Alistipes in CDr and Lachnoanaerobaculum in CD. These results validate metagenomics as a tool to explore the microbiome-disease relationship, facilitating early diagnosis and the design of personalized therapies aimed at restoring microbial balance, marking a significant milestone in the development of precision medicine for inflammatory bowel diseases.
Description
La comprensión de la microbiota intestinal es crucial para el avance en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades inflamatorias como la enfermedad de Crohn (ECr) y la enfermedad Celíaca (EC). Este estudio emplea técnicas de metagenómica comparativa para identificar biomarcadores específicos que permitan diferenciar estas patologías. Los resultados resaltan la relevancia de la disbiosis microbiana como factor común, pero también destacan diferencias significativas en la composición y funciones de la microbiota intestinal en cada enfermedad, lo que permitirá avanzar en el conocimiento de estas patologías, y crear oportunidades para el desarrollo de herramientas diagnósticas y terapias innovadoras. El análisis se realizó mediante muestras del gen 16S rRNA, procesándolas con la herramienta QIIME2 bajo estrictos criterios de calidad de las muestras. Paralelamente se evaluó el impacto del sexo analizando las variaciones significativas en la diversidad microbiana beta en pacientes con ECr. El análisis funcional realizado con PICRUSt reveló rutas metabólicas específicas relacionadas con la inflamación en la EC y el estrés oxidativo en la ECr. Las diferencias microbianas observadas mostraron un aumento de Proteobacterias, junto con reducciones en Firmicutes y Actinobacteria. Además, se identificaron biomarcadores en común como, Faecalibacterium y Lachnospiraceae, y otros específicos como Alistipes en ECr y Lachnoanaerobaculum en EC. Estos resultados validan la metagenómica como una herramienta para explorar la relación microbioma-enfermedad, facilitando el diagnóstico temprano y el diseño de terapias personalizadas dirigidas a restaurar el equilibrio microbiano, lo que marca un hito significativo en el desarrollo de la medicina de precisión para enfermedades inflamatorias intestinales.
Keywords
BIOINFORMÁTICA, BIOLOGÍA MOLECULAR, METAGENÓMICA, MICROBIOMA INTESTINAL, BIOMARCADORES MICROBIANOS, ENFERMEDADES INFLAMATORIAS INTESTINALES, ENFERMEDAD DE CROHN, ENFERMEDAD CELÍACA