Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease

Velma T. E. Aho

Research output: ThesisDoctoral ThesisCollection of Articles

Abstract

Parkinsonin tauti on maailman toiseksi yleisin hermostorappeumasairaus, ja vuosikymmenten tutkimustyöstä huolimatta taudin ei-perinnöllisen muodon syy on edelleen arvoitus. Toistaiseksi ei ole olemassa lääkitystä, joka hidastaisi taudin etenemistä, eikä hyviä keinoja taudin varhaiseen havaitsemiseen, vaikka ensimmäiset ei-motoriset oireet, esimerkiksi ummetus ja hajuaistin heikkeneminen, saattavat alkaa vuosia tai jopa vuosikymmeniä ennen taudille tunnusomaisia liikehäiriöitä. Ihmiskehon mikrobiasukkaat on viime aikoina yhdistetty moniin terveysongelmiin, neurologiset sairaudet mukaanlukien. Mikrobit voisivat tarjota uusia näkemyksiä Parkinsonin taudin syntyyn liittyen, etenkin kun niiden on jo pidempään arveltu vaikuttavan tautiprosessiin. Tyypillinen kysymys ihmisen mikrobistoa tutkittaessa on, minkä mikrobien määrät eroavat vertailtavien ryhmien, esimerkiksi potilaiden ja verrokkihenkilöiden välillä (englanniksi "differential abundance"). Näihin vertailuihin on olemassa monia eri työkaluja.

Väitöskirjani tavoite oli selvittää Parkinsonin taudin ja ihmisen suun, nenän ja suoliston mikrobien mahdollisia yhteyksiä sekä tarkastella niiden määrien vertailuun käytettäviä työkaluja. Kaikki neljä julkaisuani perustuvat näytteisiin, jotka on kerätty samoilta koehenkilöiltä: 76 Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta sekä 76 verrokilta, joilla ei esiinny parkinsonismia. Julkaisuissa on käytetty samaa menetelmää, 16S rRNA-geenin amplikonisekvensointia, suu-, nenä- sekä ulostenäytteiden bakteerien määrittämiseen. Neljän julkaisun sekä ennen julkaisemattoman analyysin myötä vertailin ryhmien välillä poikkeavia bakteereja yhteensä kuudella eri työkalulla.

Tulostemme perusteella Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden ja verrokkien suoliston ja suun bakteeriyhteisöt poikkeavat toisistaan; ryhmien välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero bakteeriyhteisöjen koostumuksessa sekä useiden bakteerien määrissä. Suolistobakteeriyhteisöjen väliset erot voitiin havaita myös seurantanäytteissä, jotka oli kerätty samoilta koehenkilöiltä kaksi vuotta ensimmäisen näytteenoton jälkeen. Lisäksi havaitsimme eroja suolistomikrobistossa, kun potilaat luokiteltiin sen mukaan, oliko heillä ärtyvän suolen oireyhtymää muistuttavia oireita vai ei. Nenän bakteerien osalta emme löytäneet eroja potilaiden ja verrokkien väliltä.

Mitä tulee bakteerien määrien vertailuihin, suolistomikrobiston analyysit kuudella eri työkalulla korostivat eroja niiden antamien merkitsevästi eroavien bakteerien listoissa. Muutamat aiemmat julkaisut ovat vertailleet osaa näistä työkaluista, mutta olisi tarpeen tehdä laajempia menetelmävertailuja, jotta tutkijoiden olisi helpompi valita, mitä työkalua käyttää. Eroavaisuuksistaan huolimatta kaikki testaamani työkalut tukivat havaintoa, että Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla on suolistossaan vähemmän Prevotellaceae-heimon bakteereja kuin verrokeilla. Koska tämä eroavuus on ensimmäisen artikkelimme jälkeen havaittu myös muiden tutkimusryhmien julkaisuissa, se on nousemassa yhdeksi keskeisistä Parkinsonin tautiin liittyvistä mikrobiston muutoksista.
Original languageEnglish
Supervisors/Advisors
  • Auvinen, Petri, Supervisor
Place of PublicationHelsinki
Publisher
Print ISBNs978-951-51-4909-1
Electronic ISBNs978-951-51-4910-7
Publication statusPublished - 29 Mar 2019
MoE publication typeG5 Doctoral dissertation (article)

Fields of Science

  • 1184 Genetics, developmental biology, physiology

Cite this

Aho, V. T. E. (2019). Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease. Helsinki: University of Helsinki.
Aho, Velma T. E.. / Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease. Helsinki : University of Helsinki, 2019. 72 p.
@phdthesis{bf1733d4c092453a90bd0d17fa0582fc,
title = "Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease",
abstract = "Parkinsonin tauti on maailman toiseksi yleisin hermostorappeumasairaus, ja vuosikymmenten tutkimusty{\"o}st{\"a} huolimatta taudin ei-perinn{\"o}llisen muodon syy on edelleen arvoitus. Toistaiseksi ei ole olemassa l{\"a}{\"a}kityst{\"a}, joka hidastaisi taudin etenemist{\"a}, eik{\"a} hyvi{\"a} keinoja taudin varhaiseen havaitsemiseen, vaikka ensimm{\"a}iset ei-motoriset oireet, esimerkiksi ummetus ja hajuaistin heikkeneminen, saattavat alkaa vuosia tai jopa vuosikymmeni{\"a} ennen taudille tunnusomaisia liikeh{\"a}iri{\"o}it{\"a}. Ihmiskehon mikrobiasukkaat on viime aikoina yhdistetty moniin terveysongelmiin, neurologiset sairaudet mukaanlukien. Mikrobit voisivat tarjota uusia n{\"a}kemyksi{\"a} Parkinsonin taudin syntyyn liittyen, etenkin kun niiden on jo pidemp{\"a}{\"a}n arveltu vaikuttavan tautiprosessiin. Tyypillinen kysymys ihmisen mikrobistoa tutkittaessa on, mink{\"a} mikrobien m{\"a}{\"a}r{\"a}t eroavat vertailtavien ryhmien, esimerkiksi potilaiden ja verrokkihenkil{\"o}iden v{\"a}lill{\"a} (englanniksi {"}differential abundance{"}). N{\"a}ihin vertailuihin on olemassa monia eri ty{\"o}kaluja.V{\"a}it{\"o}skirjani tavoite oli selvitt{\"a}{\"a} Parkinsonin taudin ja ihmisen suun, nen{\"a}n ja suoliston mikrobien mahdollisia yhteyksi{\"a} sek{\"a} tarkastella niiden m{\"a}{\"a}rien vertailuun k{\"a}ytett{\"a}vi{\"a} ty{\"o}kaluja. Kaikki nelj{\"a} julkaisuani perustuvat n{\"a}ytteisiin, jotka on ker{\"a}tty samoilta koehenkil{\"o}ilt{\"a}: 76 Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta sek{\"a} 76 verrokilta, joilla ei esiinny parkinsonismia. Julkaisuissa on k{\"a}ytetty samaa menetelm{\"a}{\"a}, 16S rRNA-geenin amplikonisekvensointia, suu-, nen{\"a}- sek{\"a} ulosten{\"a}ytteiden bakteerien m{\"a}{\"a}ritt{\"a}miseen. Nelj{\"a}n julkaisun sek{\"a} ennen julkaisemattoman analyysin my{\"o}t{\"a} vertailin ryhmien v{\"a}lill{\"a} poikkeavia bakteereja yhteens{\"a} kuudella eri ty{\"o}kalulla. Tulostemme perusteella Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden ja verrokkien suoliston ja suun bakteeriyhteis{\"o}t poikkeavat toisistaan; ryhmien v{\"a}lill{\"a} oli tilastollisesti merkitsev{\"a} ero bakteeriyhteis{\"o}jen koostumuksessa sek{\"a} useiden bakteerien m{\"a}{\"a}riss{\"a}. Suolistobakteeriyhteis{\"o}jen v{\"a}liset erot voitiin havaita my{\"o}s seurantan{\"a}ytteiss{\"a}, jotka oli ker{\"a}tty samoilta koehenkil{\"o}ilt{\"a} kaksi vuotta ensimm{\"a}isen n{\"a}ytteenoton j{\"a}lkeen. Lis{\"a}ksi havaitsimme eroja suolistomikrobistossa, kun potilaat luokiteltiin sen mukaan, oliko heill{\"a} {\"a}rtyv{\"a}n suolen oireyhtym{\"a}{\"a} muistuttavia oireita vai ei. Nen{\"a}n bakteerien osalta emme l{\"o}yt{\"a}neet eroja potilaiden ja verrokkien v{\"a}lilt{\"a}.Mit{\"a} tulee bakteerien m{\"a}{\"a}rien vertailuihin, suolistomikrobiston analyysit kuudella eri ty{\"o}kalulla korostivat eroja niiden antamien merkitsev{\"a}sti eroavien bakteerien listoissa. Muutamat aiemmat julkaisut ovat vertailleet osaa n{\"a}ist{\"a} ty{\"o}kaluista, mutta olisi tarpeen tehd{\"a} laajempia menetelm{\"a}vertailuja, jotta tutkijoiden olisi helpompi valita, mit{\"a} ty{\"o}kalua k{\"a}ytt{\"a}{\"a}. Eroavaisuuksistaan huolimatta kaikki testaamani ty{\"o}kalut tukivat havaintoa, ett{\"a} Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla on suolistossaan v{\"a}hemm{\"a}n Prevotellaceae-heimon bakteereja kuin verrokeilla. Koska t{\"a}m{\"a} eroavuus on ensimm{\"a}isen artikkelimme j{\"a}lkeen havaittu my{\"o}s muiden tutkimusryhmien julkaisuissa, se on nousemassa yhdeksi keskeisist{\"a} Parkinsonin tautiin liittyvist{\"a} mikrobiston muutoksista.",
keywords = "1184 Genetics, developmental biology, physiology, Mikrobiekologia, Parkinsonin tauti",
author = "Aho, {Velma T. E.}",
year = "2019",
month = "3",
day = "29",
language = "English",
isbn = "978-951-51-4909-1",
series = "Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis",
publisher = "University of Helsinki",
number = "19",
address = "Finland",

}

Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease. / Aho, Velma T. E.

Helsinki : University of Helsinki, 2019. 72 p.

Research output: ThesisDoctoral ThesisCollection of Articles

TY - THES

T1 - Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease

AU - Aho, Velma T. E.

PY - 2019/3/29

Y1 - 2019/3/29

N2 - Parkinsonin tauti on maailman toiseksi yleisin hermostorappeumasairaus, ja vuosikymmenten tutkimustyöstä huolimatta taudin ei-perinnöllisen muodon syy on edelleen arvoitus. Toistaiseksi ei ole olemassa lääkitystä, joka hidastaisi taudin etenemistä, eikä hyviä keinoja taudin varhaiseen havaitsemiseen, vaikka ensimmäiset ei-motoriset oireet, esimerkiksi ummetus ja hajuaistin heikkeneminen, saattavat alkaa vuosia tai jopa vuosikymmeniä ennen taudille tunnusomaisia liikehäiriöitä. Ihmiskehon mikrobiasukkaat on viime aikoina yhdistetty moniin terveysongelmiin, neurologiset sairaudet mukaanlukien. Mikrobit voisivat tarjota uusia näkemyksiä Parkinsonin taudin syntyyn liittyen, etenkin kun niiden on jo pidempään arveltu vaikuttavan tautiprosessiin. Tyypillinen kysymys ihmisen mikrobistoa tutkittaessa on, minkä mikrobien määrät eroavat vertailtavien ryhmien, esimerkiksi potilaiden ja verrokkihenkilöiden välillä (englanniksi "differential abundance"). Näihin vertailuihin on olemassa monia eri työkaluja.Väitöskirjani tavoite oli selvittää Parkinsonin taudin ja ihmisen suun, nenän ja suoliston mikrobien mahdollisia yhteyksiä sekä tarkastella niiden määrien vertailuun käytettäviä työkaluja. Kaikki neljä julkaisuani perustuvat näytteisiin, jotka on kerätty samoilta koehenkilöiltä: 76 Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta sekä 76 verrokilta, joilla ei esiinny parkinsonismia. Julkaisuissa on käytetty samaa menetelmää, 16S rRNA-geenin amplikonisekvensointia, suu-, nenä- sekä ulostenäytteiden bakteerien määrittämiseen. Neljän julkaisun sekä ennen julkaisemattoman analyysin myötä vertailin ryhmien välillä poikkeavia bakteereja yhteensä kuudella eri työkalulla. Tulostemme perusteella Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden ja verrokkien suoliston ja suun bakteeriyhteisöt poikkeavat toisistaan; ryhmien välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero bakteeriyhteisöjen koostumuksessa sekä useiden bakteerien määrissä. Suolistobakteeriyhteisöjen väliset erot voitiin havaita myös seurantanäytteissä, jotka oli kerätty samoilta koehenkilöiltä kaksi vuotta ensimmäisen näytteenoton jälkeen. Lisäksi havaitsimme eroja suolistomikrobistossa, kun potilaat luokiteltiin sen mukaan, oliko heillä ärtyvän suolen oireyhtymää muistuttavia oireita vai ei. Nenän bakteerien osalta emme löytäneet eroja potilaiden ja verrokkien väliltä.Mitä tulee bakteerien määrien vertailuihin, suolistomikrobiston analyysit kuudella eri työkalulla korostivat eroja niiden antamien merkitsevästi eroavien bakteerien listoissa. Muutamat aiemmat julkaisut ovat vertailleet osaa näistä työkaluista, mutta olisi tarpeen tehdä laajempia menetelmävertailuja, jotta tutkijoiden olisi helpompi valita, mitä työkalua käyttää. Eroavaisuuksistaan huolimatta kaikki testaamani työkalut tukivat havaintoa, että Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla on suolistossaan vähemmän Prevotellaceae-heimon bakteereja kuin verrokeilla. Koska tämä eroavuus on ensimmäisen artikkelimme jälkeen havaittu myös muiden tutkimusryhmien julkaisuissa, se on nousemassa yhdeksi keskeisistä Parkinsonin tautiin liittyvistä mikrobiston muutoksista.

AB - Parkinsonin tauti on maailman toiseksi yleisin hermostorappeumasairaus, ja vuosikymmenten tutkimustyöstä huolimatta taudin ei-perinnöllisen muodon syy on edelleen arvoitus. Toistaiseksi ei ole olemassa lääkitystä, joka hidastaisi taudin etenemistä, eikä hyviä keinoja taudin varhaiseen havaitsemiseen, vaikka ensimmäiset ei-motoriset oireet, esimerkiksi ummetus ja hajuaistin heikkeneminen, saattavat alkaa vuosia tai jopa vuosikymmeniä ennen taudille tunnusomaisia liikehäiriöitä. Ihmiskehon mikrobiasukkaat on viime aikoina yhdistetty moniin terveysongelmiin, neurologiset sairaudet mukaanlukien. Mikrobit voisivat tarjota uusia näkemyksiä Parkinsonin taudin syntyyn liittyen, etenkin kun niiden on jo pidempään arveltu vaikuttavan tautiprosessiin. Tyypillinen kysymys ihmisen mikrobistoa tutkittaessa on, minkä mikrobien määrät eroavat vertailtavien ryhmien, esimerkiksi potilaiden ja verrokkihenkilöiden välillä (englanniksi "differential abundance"). Näihin vertailuihin on olemassa monia eri työkaluja.Väitöskirjani tavoite oli selvittää Parkinsonin taudin ja ihmisen suun, nenän ja suoliston mikrobien mahdollisia yhteyksiä sekä tarkastella niiden määrien vertailuun käytettäviä työkaluja. Kaikki neljä julkaisuani perustuvat näytteisiin, jotka on kerätty samoilta koehenkilöiltä: 76 Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta sekä 76 verrokilta, joilla ei esiinny parkinsonismia. Julkaisuissa on käytetty samaa menetelmää, 16S rRNA-geenin amplikonisekvensointia, suu-, nenä- sekä ulostenäytteiden bakteerien määrittämiseen. Neljän julkaisun sekä ennen julkaisemattoman analyysin myötä vertailin ryhmien välillä poikkeavia bakteereja yhteensä kuudella eri työkalulla. Tulostemme perusteella Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden ja verrokkien suoliston ja suun bakteeriyhteisöt poikkeavat toisistaan; ryhmien välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero bakteeriyhteisöjen koostumuksessa sekä useiden bakteerien määrissä. Suolistobakteeriyhteisöjen väliset erot voitiin havaita myös seurantanäytteissä, jotka oli kerätty samoilta koehenkilöiltä kaksi vuotta ensimmäisen näytteenoton jälkeen. Lisäksi havaitsimme eroja suolistomikrobistossa, kun potilaat luokiteltiin sen mukaan, oliko heillä ärtyvän suolen oireyhtymää muistuttavia oireita vai ei. Nenän bakteerien osalta emme löytäneet eroja potilaiden ja verrokkien väliltä.Mitä tulee bakteerien määrien vertailuihin, suolistomikrobiston analyysit kuudella eri työkalulla korostivat eroja niiden antamien merkitsevästi eroavien bakteerien listoissa. Muutamat aiemmat julkaisut ovat vertailleet osaa näistä työkaluista, mutta olisi tarpeen tehdä laajempia menetelmävertailuja, jotta tutkijoiden olisi helpompi valita, mitä työkalua käyttää. Eroavaisuuksistaan huolimatta kaikki testaamani työkalut tukivat havaintoa, että Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla on suolistossaan vähemmän Prevotellaceae-heimon bakteereja kuin verrokeilla. Koska tämä eroavuus on ensimmäisen artikkelimme jälkeen havaittu myös muiden tutkimusryhmien julkaisuissa, se on nousemassa yhdeksi keskeisistä Parkinsonin tautiin liittyvistä mikrobiston muutoksista.

KW - 1184 Genetics, developmental biology, physiology

KW - Mikrobiekologia

KW - Parkinsonin tauti

M3 - Doctoral Thesis

SN - 978-951-51-4909-1

T3 - Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis

PB - University of Helsinki

CY - Helsinki

ER -

Aho VTE. Differential abundance analyses of human microbiota in Parkinson’s disease. Helsinki: University of Helsinki, 2019. 72 p. (Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis; 19).