Suolistomikrobiston profiloinnista uusi työkalu hevosten tulehduksellisten suolistosairauksien tunnistamiseen

Tietoisuus tulehduksellisista suolistosairauksista (IBD) ihmisellä ja muilla ihmisen muokkaamassa ympäristössä elävillä lajeilla on kasvanut merkittävästi viime vuosikymmeninä. Hevosten tulehdukselliset suolistosairaudet (IBD) tunnistetaan nykyään vakavana hevosten hyvinvointia uhkaavana tekijänä. Ne aiheuttavat paitsi laihtumista, ripulia ja muita vatsaoireita, myös yleisoireita kuten suorituskyvyn heikkenemistä ja kipukäyttäytymistä. Vaikka hoitokeinojen kehittymisen myötä selviämisennuste on parantunut, on se edelleen vain kohtalainen. IBD:n diagnosointi on kallista ja stressaavaa hevosille, sillä se vaatii yleensä kuljetuksen klinikalle, paaston, tähystyksen ja koepalojen oton. Hevosen pitkän suoliston takia koepaloilla voidaan kuitenkin käytännössä tutkia vain pieni osuus koko suolistosta, ja näin ollen diagnoosi jää usein yleiseen oirekuvaan perustuvaksi. Siksi on tarvetta kehittää uusia, vähemmän invasiivisia ja edullisempia diagnostisia työkaluja.

Äskettäin julkaisemassamme artikkelissa (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39199930/) me FINEBIOME-tutkimusryhmäläiset esittelemme lupaavaa uutta vaihtoehtoista kartoitus- ja diagnoosityökalua, joka perustuu suolistomikrobiston lajiston selvittämiseen hevosen lantanäytteestä. Esimerkiksi ihmisellä, kissalla ja koiralla suolistomikrobiston koostumuksen muutos on luotettava mittari suolistotulehdukselle ja sen avulla onkin suolistotulehdus pystytty havaitsemaan yli 90 % varmuudella. Tutkimuksemme osoitti, että lantanäytteestä saatujen terveiden ja sairaiden (IBD-diagnoosin saaneiden) hevosten suolistomikrobistot erosivat toisistaan.

Jokaisen hevosen suoliston mikrobilajisto on yksilöllinen. Mikrobisto koostuu pieneliöistä kuten bakteereista, viruksista ja sienistä. Tutkimuksessa havainnoimme eri bakteerilajeja ja lajien runsauksia tutkimukseen osallistuneilla hevosyksilöillä. Käytimme hevosen suolistobakteerien erästä tiettyä DNA-aluetta, ribosomin 16S-alayksikköä.  Tämä DNA-alue mikrobien perimässä on suosittu mikrobilajien tunnistukseen käytetty alue, sillä se on sopivan vaihteleva bakteerilajien välillä. Eristämällä bakteereista 16S-alayksiköstä noin 470 emäksen mittaisen DNA-alueen, pystyimme havainnoimaan lantanäytteiden bakteereja usein jopa lajitasolla. Selvittääksemme bakteerien 16S-alueiden sekvenssit, sekvensoimme lantanäytteistä eristämämme DNA-alueet eli muutimme DNA-molekyylit digitaaliseen muotoon Jyväskylän yliopiston Illumina MiSeq-sekvensointilaitteella.

Kuva 1. Tutkimuksessa havainnoimme hevosyksilöiden lannasta havaittujen bakteerien (A) lajiston. Eristimme lannassa elävien bakteerien DNA:t ja niistä 16S-alayksikköön kuuluvan 470 emäsyksikön pituiset osat (B), joiden perusteella bakteerit voi identifioida lähes lajilleen. Näin pystyimme laatimaan hevoskohtaiset suoliston mikrobistoprofiilit (C).

Tutkimukseen osallistui 27 tervettä ja 49 IBD-diagnoosin saanutta hevosta. Osan näytteistä toimittivat ahkerat vapaaehtoiset hevosenomistajat, jotka halusivat edistää hevosen IBD:n tutkimusta. Osan näytteistä toimitti Laukaan hevosklinikka.

Tuloksemme osoittivat, että tietyt bakteeriryhmät olivat lisääntyneet ja toiset ryhmät vähentyneet IBD-diagnoosin saaneilla hevosilla. Yksittäisien lajien ja lajiryhmien muutokset olivat kuitenkin vain viitteellisiä, eli emme löytäneet yhtään yksittäistä mikrobia tai laajempaa taksonomista ryhmää, jonka runsastuminen tai vähentyminen olisi yksinään vahvasti liittynyt IBD:hen. Yksittäiset bakteerilajit tai -ryhmät eivät siis toimineet IBD:n indikaattorina.

Tutkimme myös toisen muilla lajeilla toimivan biomarkkerin, kalprotektiinin, potentiaalia IBD:n biomarkkerina hevosella. Kalprotektiini on valkosolujen proteiini, jota ne tuottavat erityisesti tulehdusreaktion aikana. Olimme yllättyneitä siitä, että kalprotektiinipitoisuus ei meidän näytteissämme ollut IBD-hevosilla koholla.

Tällä hetkellä selvitämme hevosten suolistomikrobiston koostumusta perinpohjaisemmin metagenomiikkasekvensoinnin avulla. Lisäksi tutkimme suolistosairaiden hevosten suolenseinämässä tapahtuneita muutoksia solutasolla.