Análise do microbioma intestinal humano de pacientes da população brasileira com transtorno depressivo e transtorno de ansiedade

Abstract

A microbiota humana consiste em cerca de 10-100 trilhões de células microbianas simbióticas, o microbioma (MB) consiste nos genes que essas células carregam. O MB pode ser entendido como um ecossistema onde todos os organismos podem interagir entre si e com o ambiente. Em um indivíduo saudável, a microbiota patogênica e simbiótica coexistem sem problemas. Porém, o MB é dinâmico e muda influenciado por diferentes fatores, como dieta, uso de antibióticos, doenças entre outros. Se houver um distúrbio nesse equilíbrio ocorre a disbiose, interrompendo essas interações normais. Como resultado, o corpo pode se tornar mais suscetível às doenças. A depressão (DEP) é um transtorno psiquiátrico altamente prevalente, afetando o indivíduo de diferentes formas e pode ser acompanhada por outras perturbações psiquiátricas, tais como ansiedade (ANS). Os mecanismos biológicos envolvidos na DEP e ANS ainda não são bem compreendidos, mas a relação entre a DEP/ANS e as alterações na microbiota já é amplamente aceita. Neste trabalho, avaliamos o microbioma intestinal (MBI) de 29 indivíduos saudáveis (CON) e 29 pacientes afetados pela DEP e DEP/ANS da população brasileira. As amostras de DNA de fezes dos pacientes foram sequenciadas, utilizando a metodologia Shotgun. Os programas Metaphlan e Humann3 foram utilizados para inferir a abundância taxonômica e funcional das amostras. Posteriormente, com o pacote MaAsLin2 foi realizada uma análise diferencial de abundância para procurar possíveis alterações significativas entre grupos (p < 0,05). O perfil da MBI de pacientes da população brasileira utilizada como controle é composta majoritariamente por Bacteroidetes e Firmicutes em nível de filo, Bacteroides, Prevotella, Alistipes, Faecalibacterium, Parabacteroides, Eubacterium e Roseburia em nível de gênero. O perfil da microbiota de pacientes da população Brasileira acometida por DEP e DEP/ANS é composta majoritariamente por Bacteroidetes e Firmicutes em nível de filo, Bacteroides, Prevotella, Alistipes, Faecalibacterium, Parabacteroides, Eubacterium e Akkermansia em nível de gênero. Foram encontrados um total de 95 táxons em abundância diferencial entre pacientes CON vs DEP e CON vs DEP/ANS. O filo Bacteroidetes mostrou uma abundância reduzida em pacientes DEP, Bacteroides spp. estão envolvidos na produção de metabolitos relevantes para a DEP, tais como GABA. Diferentes estudos apontam para uma associação entre DEP e deficiência GABAérgica. Ainda, foram encontradas 32 vias diferencialmente abundantes. Pacientes com DEP, apresentaram alterações em diferentes vias relacionadas com metabolismo de carboidratos/aminoácidos e relacionadas com energia. O equilíbrio energético desempenha um papel essencial no funcionamento biológico normal e o eixo Hipotálamo-Pituitária-Adrenal (HPA) participa na regulação de diferentes sistemas, incluindo o sistema metabólico. Alterações no metabolismo do açúcar e no metabolismo energético podem ser resultado de distúrbios no eixo HPA. Desta forma, é possível concluir que indivíduos acometidos com DEP e ANS podem apresentar diversas alterações no microbioma intestinal. Alterações essas, que podem impactar o sistema imunológico afetando o indivíduo de uma maneira psíquica, mas também física. As nossas descobertas corroboram pesquisas anteriores e podem servir de base para uma maior compreensão do desenvolvimento da DEP e da ANS, especialmente em pacientes da população brasileira.

The human microbiota consists of about 10-100 trillion symbiotic microbial cells, the microbiome (MB) consists of the genes that these cells carry. The MB can be understood as an independent and self-sufficient ecosystem, where all organisms can interact with each other and the environmen. In a healthy individual, the pathogenic and symbiotic microbiota coexist without problems. However, the MB is dynamic and changes influenced by different factors, such as diet, antibiotic use, disease, and so on. If there is a disturbance in this balance, dysbiosis occurs, disrupting these normal interactions. As a result, the body can become more susceptible to disease. Depression (DEP) is a common illness around the world, affecting the individual in different ways, and can be accompanied by other psychiatric disorders such as anxiety (ANS). The biological mechanisms involved in DEP and ANS are still not well understood, but the relationship between DEP/ANS and alterations in the microbiota is already widely accepted. In this work, we evaluated the gut microbiome (MBI) of 29 healthy individuals (CON) and 29 patients affected by DEP and DEP/ANS from the Brazilian population. Stool DNA samples from the patients were sequenced, using Shotgun methodology. The Metaphlan and Humann3 programs were used to infer the taxonomic and functional abundance of the samples. Subsequently, with the MaAsLin2 package a differential abundance analysis was performed to look for possible significant changes between groups (p< 0.05). The MBI profile of the control individuals was mostly composed of Bacteroidetes and Firmicutes at phylum level, Bacteroides, Prevotella, Alistipes, Faecalibacterium, Parabacteroides, Eubacterium and Roseburia at genus level. The microbiota profile of the individuals affected by DEP and DEP/ANS was composed mostly of Bacteroidetes and Firmicutes at the phylum level, Bacteroides, Prevotella, Alistipes, Faecalibacterium, Parabacteroides, Eubacterium and Akkermansia at the genus level. A total of 95 taxa were found in differential abundance between CON vs DEP and CON vs DEP/ANS patients. The phylum Bacteroidetes showed a reduced abundance in DEP patients, Bacteroides spp. are involved in the production of DEP relevant metabolites such as GABA. Different studies point to an association between DEP and GABAergic dysfunction. Furthermore, 32 differentially abundant pathways were found. Patients with DEP, showed alterations in different pathways related to carbohydrate/amino acid metabolism and related to energy. Energy balance plays an essential role in normal biological functioning and the HPA axis participates in the regulation of different systems, including the metabolic system. Changes in sugar metabolism and energy metabolism can be a result of disturbances in the HPA axis. Thus, we can conclude that individuals affected with DEP and ANS may have various alterations in the gut microbiome. These changes might impact the immune system, affecting the individual in a psychological as well as physical way. Our findings corroborate previous research and may serve as a basis for further understanding the development of DEP and ANS, especially in patients from the Brazilian population.