Published February 21, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Identification of trans-genus biomarkers for early diagnosis of intestinal schistosomiasis and progression of gut pathology in a mouse model using metabolomics

Creators

  • 1. Chulabhorn Hospital
  • 2. Mahidol Oxford Tropical Medicine Research Unit
  • 3. Mahidol University
  • 4. University of Oxford

Description

Schistosomiasis is one of the most devastating human diseases worldwide. The disease is caused by six species of Schistosoma blood fluke; five of which cause intestinal granulomatous inflammation and bleeding. The current diagnostic method is inaccurate and delayed, hence, biomarker identification using metabolomics has been applied. However, previous studies only investigated infection caused by one Schistosoma spp., leaving a gap in the use of biomarkers for other species. No study focused on understanding the progression of intestinal disease. Therefore, we aimed to identify early gut biomarkers of infection with three Schistosoma spp. and progression of intestinal pathology. We infected 3 groups of mice, 3 mice each, with Schistosoma mansoni , Schistosoma japonicum or Schistosoma mekongi and collected their feces before and 1, 2, 4 and 8 weeks after infection. Metabolites in feces were extracted and identified using mass spectrometer-based metabolomics. Metabolites were annotated and analyzed with XCMS bioinformatics tool and Metaboanalyst platform. From >36,000 features in all conditions, multivariate analysis found a distinct pattern at each time point for all species. Pathway analysis reported alteration of several lipid metabolism pathways as infection progressed. Disturbance of the glycosaminoglycan degradation pathway was found with the presence of parasite eggs, indicating involvement of this pathway in disease progression. Biomarkers were discovered using a combination of variable importance for projection score cut-off and receiver operating characteristic curve analysis. Five molecules met our criteria and were present in all three species: 25-hydroxyvitamin D2, 1α-hydroxy-2β-(3-hydroxypropoxy) vitamin D3, Ganoderic acid Md, unidentified feature with m/z 455.3483, and unidentified feature with m/z 456.3516. These molecules were proposed as trans-genus biomarkers of early schistosomiasis. Our findings provide evidence for disease progression in intestinal schistosomiasis and potential biomarkers, which could be beneficial for early detection of this disease.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

البلهارسيا هي واحدة من أكثر الأمراض البشرية تدميرا في جميع أنحاء العالم. يحدث هذا المرض بسبب ستة أنواع من حمى البلهارسيا الدموية ؛ خمسة منها تسبب التهاب الورم الحبيبي المعوي والنزيف. طريقة التشخيص الحالية غير دقيقة ومتأخرة، وبالتالي، تم تطبيق تحديد العلامات الحيوية باستخدام علم الأيض. ومع ذلك، فإن الدراسات السابقة لم تحقق إلا في العدوى التي تسببها فصيلة واحدة من البلهارسيا، تاركة فجوة في استخدام المؤشرات الحيوية للأنواع الأخرى. لم تركز أي دراسة على فهم تطور الأمراض المعوية. لذلك، كنا نهدف إلى تحديد العلامات الحيوية المبكرة للأمعاء للعدوى بثلاثة أنواع من البلهارسيا وتطور أمراض الأمعاء. أصابنا 3 مجموعات من الفئران، 3 فئران لكل منها، بالبلهارسيا المانسونية أو البلهارسيا اليابانية أو البلهارسيا الميكونجية وجمعنا برازها قبل و 1 و 2 و 4 و 8 أسابيع بعد العدوى. تم استخراج المستقلبات في البراز وتحديدها باستخدام الأيض القائم على مقياس الطيف الكتلي. تم شرح وتحليل المستقلبات باستخدام أداة المعلوماتية الحيوية XCMS ومنصة Metaboanalyst. من >36000 ميزة في جميع الظروف، وجد التحليل متعدد المتغيرات نمطًا متميزًا في كل نقطة زمنية لجميع الأنواع. أفاد تحليل المسار عن تغير في العديد من مسارات التمثيل الغذائي للدهون مع تقدم العدوى. تم العثور على اضطراب في مسار تدهور الجليكوزامينوجليكان مع وجود بيض طفيلي، مما يشير إلى تورط هذا المسار في تطور المرض. تم اكتشاف المؤشرات الحيوية باستخدام مزيج من الأهمية المتغيرة لقطع درجة الإسقاط وتحليل منحنى خصائص تشغيل جهاز الاستقبال. استوفت خمسة جزيئات معاييرنا وكانت موجودة في جميع الأنواع الثلاثة: 25 - hydroxyvitamin D2، 1 α - hydroxy -2 β - (3 - hydroxypropoxy) فيتامين D3، Ganoderic acid Md، خاصية غير محددة مع m/z 455.3483، وخاصية غير محددة مع m/z 456.3516. تم اقتراح هذه الجزيئات كمؤشرات حيوية عابرة للجنس لداء البلهارسيا المبكر. تقدم النتائج التي توصلنا إليها أدلة على تطور المرض في داء البلهارسيا المعوي والمؤشرات الحيوية المحتملة، والتي يمكن أن تكون مفيدة للكشف المبكر عن هذا المرض.

Translated Description (French)

La schistosomiase est l'une des maladies humaines les plus dévastatrices au monde. La maladie est causée par six espèces de Schistosoma, dont cinq provoquent une inflammation granulomateuse intestinale et des saignements. La méthode de diagnostic actuelle est inexacte et retardée, par conséquent, l'identification des biomarqueurs à l'aide de la métabolomique a été appliquée. Cependant, les études précédentes n'ont étudié que l'infection causée par un Schistosoma spp., laissant une lacune dans l'utilisation des biomarqueurs pour d'autres espèces. Aucune étude ne s'est concentrée sur la compréhension de la progression de la maladie intestinale. Par conséquent, nous avons cherché à identifier les biomarqueurs intestinaux précoces de l'infection à trois Schistosoma spp. et de la progression de la pathologie intestinale. Nous avons infecté 3 groupes de souris, 3 souris chacune, avec Schistosoma mansoni , Schistosoma japonicum ou Schistosoma mekongi et recueilli leurs excréments avant et 1, 2, 4 et 8 semaines après l'infection. Les métabolites dans les selles ont été extraits et identifiés à l'aide d'une métabolomique basée sur un spectromètre de masse. Les métabolites ont été annotés et analysés avec l'outil de bioinformatique XCMS et la plateforme Metaboanalyst. À partir de plus de 36 000 caractéristiques dans toutes les conditions, l'analyse multivariée a révélé un modèle distinct à chaque point temporel pour toutes les espèces. L'analyse des voies a rapporté une altération de plusieurs voies du métabolisme des lipides à mesure que l'infection progressait. Une perturbation de la voie de dégradation des glycosaminoglycanes a été constatée avec la présence d'œufs de parasites, indiquant l'implication de cette voie dans la progression de la maladie. Les biomarqueurs ont été découverts en utilisant une combinaison d'importance variable pour la coupure du score de projection et l'analyse de la courbe des caractéristiques de fonctionnement du récepteur. Cinq molécules répondaient à nos critères et étaient présentes dans les trois espèces : 25-hydroxyvitamine D2, 1α-hydroxy-2β-(3-hydroxypropoxy) vitamine D3, acide ganodérique Md, caractéristique non identifiée avec m/z 455.3483 et caractéristique non identifiée avec m/z 456.3516. Ces molécules ont été proposées comme biomarqueurs transgéniques de la schistosomiase précoce. Nos résultats fournissent des preuves de la progression de la maladie dans la schistosomiase intestinale et des biomarqueurs potentiels, ce qui pourrait être bénéfique pour la détection précoce de cette maladie.

Translated Description (Spanish)

La esquistosomiasis es una de las enfermedades humanas más devastadoras a nivel mundial. La enfermedad es causada por seis especies de duelas sanguíneas de esquistosoma; cinco de las cuales causan inflamación y sangrado granulomatoso intestinal. El método de diagnóstico actual es inexacto y retrasado, por lo tanto, se ha aplicado la identificación de biomarcadores mediante metabolómica. Sin embargo, estudios previos solo investigaron la infección causada por un Schistosoma spp., dejando una brecha en el uso de biomarcadores para otras especies. Ningún estudio se centró en comprender la progresión de la enfermedad intestinal. Por lo tanto, nuestro objetivo fue identificar biomarcadores intestinales tempranos de infección con tres Schistosoma spp. y progresión de la patología intestinal. Infectamos 3 grupos de ratones, 3 ratones cada uno, con Schistosoma mansoni , Schistosoma japonicum o Schistosoma mekongi y recogimos sus heces antes y 1, 2, 4 y 8 semanas después de la infección. Los metabolitos en las heces se extrajeron e identificaron utilizando metabolómica basada en espectrómetro de masas. Los metabolitos se anotaron y analizaron con la herramienta de bioinformática XCMS y la plataforma Metaboanalyst. A partir de >36.000 características en todas las condiciones, el análisis multivariante encontró un patrón distinto en cada punto de tiempo para todas las especies. El análisis de la vía informó la alteración de varias vías del metabolismo de los lípidos a medida que avanzaba la infección. Se encontró una alteración de la vía de degradación de glicosaminoglicanos con la presencia de huevos del parásito, lo que indica la participación de esta vía en la progresión de la enfermedad. Los biomarcadores se descubrieron utilizando una combinación de importancia variable para el corte de la puntuación de proyección y el análisis de la curva característica operativa del receptor. Cinco moléculas cumplieron con nuestros criterios y estuvieron presentes en las tres especies: 25-hidroxivitamina D2, 1α-hidroxi-2β-(3-hidroxipropoxi) vitamina D3, ácido ganodérico Md, característica no identificada con m/z 455.3483 y característica no identificada con m/z 456.3516. Estas moléculas se propusieron como biomarcadores transgénicos de la esquistosomiasis temprana. Nuestros hallazgos proporcionan evidencia de la progresión de la enfermedad en la esquistosomiasis intestinal y posibles biomarcadores, lo que podría ser beneficioso para la detección temprana de esta enfermedad.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد المؤشرات الحيوية عبر الأجناس للتشخيص المبكر لداء البلهارسيا المعوي وتطور أمراض الأمعاء في نموذج الفأر باستخدام علم الأيض
Translated title (French)
Identification de biomarqueurs transgéniques pour le diagnostic précoce de la schistosomiase intestinale et de la progression de la pathologie intestinale dans un modèle murin utilisant la métabolomique
Translated title (Spanish)
Identificación de biomarcadores transgénicos para el diagnóstico precoz de la esquistosomiasis intestinal y la progresión de la patología intestinal en un modelo de ratón utilizando metabolómica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392016845
DOI
10.1371/journal.pntd.0011966

Is supplement to
https://openalex.org/W4290779397 (Other)
https://openalex.org/W4248057070 (Other)
https://openalex.org/W299883812 (Other)
https://openalex.org/W2751378903 (Other)
https://openalex.org/W2611831451 (Other)
https://openalex.org/W2395867014 (Other)
https://openalex.org/W2379670622 (Other)
https://openalex.org/W2329655278 (Other)
https://openalex.org/W2261460217 (Other)
https://openalex.org/W1985432924 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1561881988
  • https://openalex.org/W1894897543
  • https://openalex.org/W1964772037
  • https://openalex.org/W1972420702
  • https://openalex.org/W1981114421
  • https://openalex.org/W1987860616
  • https://openalex.org/W1993790622
  • https://openalex.org/W1997591745
  • https://openalex.org/W2010696350
  • https://openalex.org/W2018141210
  • https://openalex.org/W2023266594
  • https://openalex.org/W2026013333
  • https://openalex.org/W2057253207
  • https://openalex.org/W2064875656
  • https://openalex.org/W2078873836
  • https://openalex.org/W2091689748
  • https://openalex.org/W2151648760
  • https://openalex.org/W2197234312
  • https://openalex.org/W2253356144
  • https://openalex.org/W2324021033
  • https://openalex.org/W2325157083
  • https://openalex.org/W2761145411
  • https://openalex.org/W2769653876
  • https://openalex.org/W2770183657
  • https://openalex.org/W2790519564
  • https://openalex.org/W2796007961
  • https://openalex.org/W2800388527
  • https://openalex.org/W2804443548
  • https://openalex.org/W2808284355
  • https://openalex.org/W2888200658
  • https://openalex.org/W2897888228
  • https://openalex.org/W2901695152
  • https://openalex.org/W2902072695
  • https://openalex.org/W2911475499
  • https://openalex.org/W2936757566
  • https://openalex.org/W2945393963
  • https://openalex.org/W2951087816
  • https://openalex.org/W2954316117
  • https://openalex.org/W2960603090
  • https://openalex.org/W2966450743
  • https://openalex.org/W2998475393
  • https://openalex.org/W3005271998
  • https://openalex.org/W3011269268
  • https://openalex.org/W3014373623
  • https://openalex.org/W3031027885
  • https://openalex.org/W3038090683
  • https://openalex.org/W3038759572
  • https://openalex.org/W3041877080
  • https://openalex.org/W3043742984
  • https://openalex.org/W3046508860
  • https://openalex.org/W3084101163
  • https://openalex.org/W3089019164
  • https://openalex.org/W3092331462
  • https://openalex.org/W3115319865
  • https://openalex.org/W3131498612
  • https://openalex.org/W3131579497
  • https://openalex.org/W3134186561
  • https://openalex.org/W3134333066
  • https://openalex.org/W3155251650
  • https://openalex.org/W3155314949
  • https://openalex.org/W3159995035
  • https://openalex.org/W3176026299
  • https://openalex.org/W3183172583
  • https://openalex.org/W3201784636
  • https://openalex.org/W3202579802
  • https://openalex.org/W38208444
  • https://openalex.org/W4200359178
  • https://openalex.org/W4210377299
  • https://openalex.org/W4211128418
  • https://openalex.org/W4220726292
  • https://openalex.org/W4247807483
  • https://openalex.org/W4285390087
  • https://openalex.org/W4293825990
  • https://openalex.org/W4301586416
  • https://openalex.org/W4309311438
  • https://openalex.org/W4319334057
  • https://openalex.org/W4386012157