İNSAN BAĞIRSAK BAKTERİLERİNDEN CHRİSTENSENELLA CEAE YAYGIN, KALITSAL VE SAĞLIK İLE İLİŞKİLİDİR

Özet 

Firmicutes filumunda (şubesinde) yakın zamanda tanımlanan bir aile olan Christensenellaceae, insan sağlığında önemli bir oyuncu olarak ortaya çıkmaktadır. İnsan bağırsağında Christensenellaceae’nin nispi bolluğu farklı popülasyonlarda konakçı vücut kitle indeksi (BMI) ile ters ilişkilidir ve Christensenellaceae’nin vücut kitle indeksi ile ilişkisi insan bağırsağının mikrobiyal ekolojisi ve bugüne kadar bildirilen metabolik hastalık arasındaki en sağlam ve tekrarlanabilir bağlantılı çok sayıda çalışmada gösterilmiştir. Aile ayrıca obezite ve inflamatuar bağırsak hastalığı dahil olmak üzere bir dizi başka hastalık bağlamında sağlıklı bir durumla ilişkilidir. Ayrıca Christensenellaceae, kalıtsallığının altında yatan belirli insan genleri şimdiye kadar anlaşılması zor olmasına rağmen, birçok popülasyonda yüksek oranda kalıtsaldır. Bu bakterilerin mikrobiyal ekolojisi ve metabolizmasına ilişkin daha fazla araştırma, konakçı-sağlık ilişkilerinin mekanik temellerini ortaya çıkarmalı ve terapötik olarak gelişimlerini sağlamalıdır.

Giriş

İnsan bağırsak mikrobiyomunun bileşimi; metabolik, patojen ve bağışıklıkla ilgili hastalıklar dahil olmak üzere insan sağlık sorunları için önemli bir faktör olarak günümüzde iyi bilinmektedir [1]. Bağırsak mikrobiyomunun bileşimi; yerel, kişisel ve rasgele faktörlerden dolayı bireyler ve popülasyonlar arasında büyük ölçüde farklılık göstermektedir. Bağırsak mikrobiyomunun bireyler arası yüksek değişkenliği, sağlıksız mikrobiyoma karşı neyin sağlıklı mikrobiyomu oluşturduğunu tanımlama çabaları dikkat çekmiştir. Aslında, tek başına topluluk bileşimi genellikle hastalık durumunun iyi bir göstergesi değildir [2]. Spesifik taksonların, metabolik yollarının ve insan sağlığına olan etkileşimlerinin katkısı, mikrobiyom araştırmaları için yeni bir önceliktir [3] ve mikrobiyomun daha derin anlaşılması, kanıta dayalı mikrobiyal terapötiklerin [4-6] geliştirilmesi için gerekli olacaktır. Bağırsakta binlerce mikrobiyal türün ve suşun yaşadığı göz önüne alındığında; zorluk, daha fazla araştırma ve geliştirme için hedefleri belirlemektir.

Burada, sağlıkla ilgili bir grup olarak ortaya çıkması nedeniyle; Bacteria’nın Firmicutes filumu içindeki Christensenellaceae ailesine odaklanıyoruz. İlk olarak yalnızca 16S rRNA gen dizilerinde rastlanan aile, 2012 yılında sağlıklı bir Japon erkeğinin dışkısından elde edilen Christensenella minuta (şekil 1’de gösterilmiştir) adlı bir izolattan sonra isimlendirilmiştir [7]. Birkaç istisna dışında, bu Firmicutes ailesinin üyeleri, insanlarda sağlıklı bir fenotiple ilişkili olarak kendilerini giderek daha fazla ortaya koymaktadır. Christensenellaceae ailesinin nispeten yeni adlandırılması ve filogenetik yerleşimi nedeniyle (Kutu 1), birkaç yıl öncesine kadar literatürde tartışılmamıştır. Bu ailenin temsilcileri yakın zamanda izole edildiğinden (Kutu 2), onun ekolojisi hakkında; konakçı faktörler ve diğer mikrobiyota ile olan ilişkilerinden çıkarılabileceklerin dışında çok az şey bilinmektedir (Kutu 3). Burada, Christensenellaceae’yi insan sağlığı parametreleriyle ilişkilendiren tutarlı eğilimlere odaklanarak bugüne kadarki literatürü gözden geçiriyoruz. Birlikte ele alındığında bu çeşitli gözlemler, güçlü bir şekilde Christensenellaceae hakkında daha fazla araştırma yapılmasını ileri sürmektedir. 

Christensenellaceae, insanlar ve diğer hayvanlar arasında her yerde bulunur

Christensenellaceae ailesi hakkında bilinenlerin çoğu, insan ve diğer hayvanların dışkılarından elde edilen mikrobiyomun 16S rRNA gen araştırmalarından gelmektedir. Christensenellaceae 16S rRNA gen dizilerinin nispeten yakın zamanda referans veritabanlarına dahil edildiği göz önüne alındığında, sadece 2013’ten beri yayınlanan mikrobiyom çalışmaları bu taksonu rapor etmektedir. Kültürlenmiş iki izolat, Christensenella minuta ve Catabacter hongkongensis yayınlanmış genomlara sahiptir [14, 18] ve metagenomik düzenekler sırasında oluşturulan genomlar giderek daha fazla kullanılabilir hale gelmektedir. Bu derlemeyi yazarken, Genom Taksonomisi Veritabanında 11 Christensenellaceae genomu ve Christensenellales takımı için 89 genom vardır (Kutu 1) [11]. NCBI’de bulunan tam uzunluktaki 16S rRNA gen dizilerine dayanan Christensenellaceae’nin 9 üyesinden oluşan bir filogeni, Şekil 2’de gösterilmektedir. 2013 sonrası literatür incelendiğinde, Christensenellaceae üyelerinin hayvan bağırsağının (Tablo 1) kozmopolit sakinleri olduğu ve fermentatif aktiviteleriyle uygun olan distal kolonu [44] tercih ettikleri açıktır (3. Kutuda ayrıntılı olarak verilmiştir) [7].

Şekil 1: Christensenella minuta’nın hücre morfolojisi. C. minuta (DSM22607), ek beyin kalp infüzyonunda  yaklaşık 72 saatte tam bulanıklığa ulaşmak için büyütüldü. Hücreler iki kez yıkandı ve ardından Max Planck Gelişim Biyolojisi Enstitüsü’ndeki elektron mikroskobu tesisine gönderilmeden önce fosfat tamponlu salin  içinde yeniden süspanse edildi.

Kutu 1: Christensenellaceae’nin keşfi ve filogenetik sınıflandırması

Christensenellaceae familyası, insan bağırsak mikrobiyomunun filogenetik olarak çeşitli ve baskın şubesinde olan Firmicutes bakteri filumuna aittir. Christensenellaceae adı, ilk olarak Morotomi ve arkadaşları tarafından sağlıklı bir Japon erkeğinin dışkısından üretilen  Christensenella minuta adlı izolattan (Şekil 1’de gösterilmiştir) türetilmiştir ve 2012’de yayınlanmıştır [7]. Bu izolat, Danimarkalı mikrobiyolog Henrik Christensen’i onurlandırmak için adlandırılmıştır ve türler; hücrenin küçük boyutu (0,8-1,9 μM) ve agar plakaları üzerinde oluşturduğu koloniler (sadece 0,1 mm çapında) nedeniyle “minuta” olarak isimlendirilmiştir. Tür tanımlamalarında Morotomi ve arkadaşları C. minuta’nın tam uzunluktaki 16S rRNA’sını halka açık veritabanlarıyla karşılaştırmışlar ve Caldicoprobactereaceae (Clostridiales) familyasındaki bir bakteri olan Caldicoprobacter oshimai’yi  %86,9’luk ikili kimlik (ID) ile en yakın akraba olarak tanımlamışlardır. Diğer ilgili taksonlardan, her ikisi de Firmicutes filumundaki Clostridiaceae ailesinde bulunan Tindallia californiensis (%86,3 ID) ve Clostridium ganghwense  (%86,1 ID) ‘dir. Diğer dizilerin %98 ID’den daha büyük eşleşmelerle tanımlandığını not etmişlerdir; ancak bunlar, diğer 16S rRNA gen çeşitliliği araştırmalarından elde edilen sınıflandırılmamış taksonlardı. C. minuta, Firmicutes filumundaki Clostridiales takımında yeni bir aile olan Christensenellaceae’yi temsil etmek üzere belirlenmiştir [7]. Yakından ilişkili bir bakteri olan Catabacter hongkongensis, 2007’de tanımlanmıştır [8]. C. minuta ve Catabacter hongkongensis’in 16S rRNA genlerinin, sıralanımı %96,5 benzerliğe sahiptir, bu da ikisinin aynı aileden ve muhtemelen aynı cinsten olması gerektiğini düşündürmektedir [9] (Şekil 2). Sonuç olarak, bazı veritabanları Catabacteriaceae aile adını, bazıları Christensenellaceae aile adını kullanır ve bazı çalışmalar her ikisini de iki farklı aile olarak içermektedir. Bununla birlikte Christensenellaceae aile adı, şimdi terminolojide mevcut olarak dikkate alınmaktadır [10]. Phil Hugenholtz ve meslektaşları tarafından geliştirilen ve filogeniyi yeniden yapılandırmak için 16S rRNA gen dizileri yerine tüm genom karşılaştırmalarına dayanan yeni bir taksonomi olan Genom Taksonomi Veritabanı, Christensenella ve Catabacter’in Christensenellaaceae familyasında yeni bir Christensenellales grubu içinde ayrı cinsler olduğunu desteklemektedir [11].

Kutu 2: Christensenellaceae familyasının kültürlü izolatları (2019)

Christensenella minuta’nın (DSM 22607) ilk izolatı sağlıklı bir Japon erkeğinin dışkısından izole edilmiştir. Kesinlikle anaerobiktir, spor yapmaz, hareketsizdir ve Gram negatif olarak tanımlanır [7]. Şaşırtıcı bir şekilde diğerleri; yayınlanmamış gözlemlerimizle de tutarlı bir şekilde Gram-pozitif [12] olarak tanımlanmışlardır. Gram pozitif bir hücre duvarı, genellikle Gram pozitif bakterileri içeren Firmicutes filumuna ait olarak sınıflandırılmasıyla tutarlıdır. Bununla birlikte C. minuta, Gram-negatif bakteriler için daha tipik olan ancak bu bakterilere özgü olmayan bir özellik olan küçük miktarlarda lipopolisakkarit üretebilmektedirler [13]. Morotomi ve meslektaşları, C. minuta’nın kısa zincirli yağ asitleri asetat ve bütiratı ürettiğini ve arabinoz, glikoz, mannoz, ramnoz, salisin ve ksiloz kullanma yeteneği ile sakkarolitik olduğunu göstermişlerdir. C. Minuta; karakterizasyon için kullanılan katalaz, oksidaz, eskülin ve jelatin hidrolizi, indol üretimi ve nitrat indirgemesini içeren birçok standart biyokimyasal analiz için negatiftir [7]. Genom 2017 yılında yayınlanmıştır [14] ve %51,5 G+C içeriği ile 2,94 Mb olduğu tahmin edilmektedir. İlk olarak 2007 yılında tanımlanan Catabacter hongkongensis (DSM 18959), Kanada ve Hong Kong’da bakteriyemi gelişen hastaların kanından izole edilmiştir. Catabacter hongkongensis kesinlikle anaerobik, spor oluşturmayan ve Gram pozitif olarak tanımlanır [8]. Diğer Christensenella izolatlarının aksine, Catabacter hongkongensis aslında hareketlidir. Catabacter en az 12 ek örnekte bakteriyemi ile ilişkilendirilmiştir ve Catabacter hongkongensis’i doğru bir şekilde tanımlamanın birçok kimyasal bazlı metodundaki zorlukdan dolayı daha da fazla olduğu düşünülmektedir [15-17]. Catabacter hongkongensis; izolata bağlı olarak gliserol ve ramnoz kullanımı dışında C. minuta’ya benzer bir sakkarolitik profile sahiptir ve salisini kullanamamıştır. Catabacter hongkongensis, katalaz pozitif olması bakımından C. minuta’dan farklıdır. C. minuta gibi; oksidaz, eskülin ve jelatin hidrolizi, indol üretimi ve nitrat indirgemesi için negatiftir [8]. Catabacter için kısa zincirli yağ asidi üretimi bildirilmemiştir. Bu bakterinin genomu 2015 yılında yayınlanmıştır ve %48,5 G+C içeriği ile 3,2 Mb’dir. Genomun açıklamasında, Catabacter hongkongensis’in hareketli olduğu desteklenmiş ve yazarlar; patojenitesine katkıda bulunabilecek bir dizi antibiyotik direnç geni tanımlamışlardır [18]. Her ikisi de Fransa, Marsilya’da diyabetik bir hastanın dışkısından izole edilen Christensenella massiliensis (DSM 102344) ve Christensenella timonensis (DSM 102800); C. minuta ‘ya benzer kesinlikle anaerobik, hareketsiz, spor oluşturmayan ve Gram-negatif olarak tanımlanmıştır [19, 20]. 16S rRNA gen dizisi karşılaştırmaları, C. timonensis’i Christensenella cinsi (> C. minuta ile %97 benzerlik) içine yerleştirse de, bütün genom taksonomisi onun hem Christensenella hem de Catabacter’den farklı bir cinse ait olduğunu göstermektedir [11]. Bu izolatların herhangi bir karakterizasyonu bildirilmemiştir.

Kutu 3: Christensenellaceae’nin insan bağırsağındaki ekolojik rolü

Morotomi’nin gözlemlerine dayanarak, C. minuta anaerobik koşullar altında glikozu asetat ve bütirata fermente etmekte [7], bu da bağırsaktaki şekerleri kısa zincirli yağ asitlerine ve H2 ve CO2 gibi diğer fermantasyon ürünlerine fermente ettiğini göstermektedir. Goodrich ve arkadaşları tarafından Christensenellaceae’nin metanojenler (Methanobacteriaceae familyasının arkeleri) dahil olmak üzere diğer mikrobiyota ile birlikte oluşum ağının merkezini oluşturduğunu bildirmişlerdir [21]. Christensenellaceae ve Methanobacteriaceae’nin bireyler arasında birlikte ortaya çıktığı başka yerlerde bildirilmiştir [22, 23]. Methanobacteriaceae, insan bağırsağındaki baskın metanojen olan Methanobrevibacter smithii’yi içermektedir. M. smithii’nin metan üretmek için fermantasyon ürünlerini (örneğin, H2 ve CO2) kullandığı göz önüne alındığında, Christensenellaceae ile birlikte ortaya çıkma, H2 tabanlı bir sintrofiyi  temsil edebilmektedir.

Şekil 2: Christensenellaceae’nin filogenetik ilişkisi. Tam uzunluktaki 16S rRNA gen dizileri, NCBI’den elde edilmiş ve MAFFT kullanılarak hizalanmıştır. Her dizi için erişim numaraları parantez içinde verilmiştir. Yeniden örnekleme değerleri (> %50), 100 yineleme için yüzde olarak ifade edilmiştir. Genel bir zaman tersinir evrim modeli ile RaxML kullanılarak bir maksimum olabilirlik ağacı oluşturulmuştur ve B. Thetaiotaomicron, ağacı köklendirmek için dış grup olarak seçilmiştir. Ölçek çubuğu, alan başına yer değişimlerini temsil etmektedir.

İnsanlarda bu aile; fekal mikrobiyotanın ortalama %0,01’ini oluşturmaktadır [21]. İnsan gastrointestinal sistemi boyunca açık ölçekli dağılımı aydınlatılmayı beklemektedir. Ancak dışkıya ek olarak; insan kolon mukozasında, ileumda ve apendiste Christensenellaceae tespit edilmiştir ve ayrıca hava yolu kolonizasyonuna dair anlamlı kanıtlar bulunmaktadır [21, 56-59]. Christensenellaceae familyası insan popülasyonlarında yaygındır ve Kuzey Amerika [60-62], Güney Amerika [63, 64], Avrupa [21, 65], Asya [66, 67], Afrika [68-70] ve Avustralya’da [71] yaşayan deneklerde bildirilmiştir. 

İnsan popülasyonları içinde Christensenellaceae’nin farklı nispi bolluklarıyla ilişkili özellikler, etnik köken ve cinsiyeti içermektedir. Örneğin, Amsterdam’da ikamet eden çeşitli etnik kökenlere sahip >2000 kişiyle ilgili yeni bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Deschasaux ve arkadaşları Hollandalı deneklerin Christensenellaceae’nin en fazla nispi bolluğunu barındırdığını bildirmişlerdir [72]. Benzer şekilde Brooks ve arkadaşları; ABD’de ikamet eden 1673 kişide etnik kökenler arasındaki mikrobiyom varyasyonunu karşılaştırmış ve Christensenellaceae’nin diğer etnik kökenlere göre Asya-Pasifik Adalılarının dışkı örneklerinde genel olarak daha az bulunduğunu bildirmişlerdir [60]. Erkeklere kıyasla kadınlarda Christensenellaceae’nin daha fazla nisbi bolluğu gözlemlenmiştir [60] ve hayvanlarda da benzer gözlemler bildirilmiştir [26, 73, 74]. Bu etnik köken ve cinsiyet farklılıklarının altında yatan nedenler belirsizdir.

Tablo 1 Christensenellaceae, hayvanlar aleminde çok çeşitli konakçılara sahiptir.

Filum	Sınıf	Takım	Aile	Cins	Tür	Yaygın isim	Kaynaklar
Chordata	Aves	Casuariiformes	Casuariidae	Dromaius	novaehollandiae	Emu (kuş)	[24]
		Galliformes	Phasianidae	Gallus	Gallus	Tavuk	[25]
				Coturnix	japonica	Japon bıldırcını	[26]
		Struthioniformes	Struthionidae	Struthio	camelus	Devekuşu	[27]
	Mammalia	Artiodactyla	Bovidae	Bos	frontalis	Gayal (sığır)	[28]
					taurus	inek	[28, 29]
				Capra	aegagrus hircus	Keçi	[30]
				Syncerus	caffer	Afrika Mandası	[28]
				Ovis	aries	Koyun	[31]
			Camelidae	Camelus	bactrianus	Bactrian devesi	[32]
					dromedarius	Tek hörgüçlü deve	[33]
			Cervidae	Cervus	nippon	Sika Geyik	[34]
					elaphus	Kızıl geyik	[28]
			Giraffidae	Graffe	camelopardalis	Zürafa	[28]
			Suidae	Sus	scrofa	Domuz	[35, 36]
		Carnivora	Canidae	Canis	lupus	Köpek	[37]
			Felidae	Felis	catus	Kedi	[38]
		Diprotodontia	Vombatidae	Lasiorhinus	latifrons	Güney tüylü burunlu wombat	[39]
		Lagomorpha	Leporidae	Oryctolagus	cuniculus	Rex tavşanı	[40]
		Perissodactyla	Equida	Equus	caballus	At	[28, 41]
				Equus	quagga	Zebra	[28]
		Primates	Cercopithecidae	Cercopithecus	ascaniusa	Kızıl kuyruklu maymun	[42]
					wolfia	Wolf’un mona maymunu	[42]
					neglectusa	De Brazza maymunu	[42]
				Macaca	mulatta	Hint Şebeği	[43]
				papio	anubis	Habeş maymunu	[44]
		Rodentia	Cricetidae	Cricetus	cricetus	Avrupa hamsteri	[28]
				Microtus	californicus scirpensis	Amargosa tarla faresi	[45]
			Muridae	Mus	musculus	Fare	[46]
				Rattus	norvegicus	Sıçan	[47]
		Sirenia	Dugongidae	Dugong	dugon	Dugong	[48]
			Trichechidae	Trichechus	Manatus manatus	Karayip manatisi	[49]
	Reptilia	Squamata	Lacertidae	Podarcis	lilfordi	Lilford’un duvar kertenkelesi	[50]
			Liolaemidae	Liolaemus	parvus	Küçük düz- boğazlı kertenkele	[51]
					ruibali	Ruibal’ın ağaç iguana	[51]
		Testudinler	Testudinidae	Gopherus	polyphemus	Gopher kaplumbağası	[52]
Anthropoda	Insecta	Coleoptera	Scarabaeidae	Holotrichia	parallela	Büyük siyah chafer	[53]
		Blattodea	Blaberidae	Diploptera	punctata	Pasifik böceği hamamböceği	[54]
				Pycnoscelus	surinamensis	Surinam hamamböceği	[55]

^aChristensenellaceae, Cercopithecus cinsinde tespit edilmiş olarak listelenmiştir ve daha fazla tür detayı yoktur. Listelenen üç tür, McKenzie ve arkadaşları tarafından çalışılmıştır [42].

Çin [75, 76], İtalya [77] ve Kore [78] popülasyonlarındaki genç bireylerle karşılaştırıldığında Christensenellaceae’nin nispi bolluğunun 100 yaşını aşmış ve 110 yaş ve üzerindeki kişilerde daha fazla olduğu gözlemine dayanarak Christensenellaceae insan ömrü ile ilişkilendirilmiştir. Christensenellaceae’nin yaşla pozitif ilişkileri, birçok coğrafi bölgede nispeten genç bireylerle yapılan çalışmalardan da ortaya çıkmıştır [60, 68, 79-82] (Tablo 2). Bu çalışmaların hiçbirinin zaman içinde aynı bireyleri izlemediği göz önüne alındığında, yaşla olan ilişki bir yaş etkisinden ziyade bir topluluk etkisini yansıtabilir. Örneğin, yaşa göre değişen beslenme düzenleri bu ilişkiyi etkileyebilir (aşağıya bakınız) veya daha erken doğan bireyler, daha sonra doğanlara kıyasla her zaman daha yüksek seviyelerde Christensenellaceae barındırabilmektedir.

Tablo 2 Christensenellaceae’nin nispi bolluğu yaşla birlikte artar

Ülke	Topluluğun  örnek ölçüsü	Yaş (ortalama ± standart dev.) *, #	Cinsiyet (%erkek/%kadın)	Kaynaklar
Çin	168	93.3 (90-102) Uzun ömürlü insanlar#   61.6 (24-83) Genç#	37/63     52/48	[75]
Çin	24	104 (100-108) Asırlık*   92 (85-89) Bama şehrindeki yaşlılar*   83 (80-92) Nanning şehrindeki yaşlılar*	38/62     38/62     50/50	[76]
İtalya	69	106.2 (105-109) Yarı-süper asırlık kişiler#   100.4 (99-104) Asırlık#   72.5 (65-75) Yaşlı#   30.5 (22-48) Yetişkin#	25/75       7/93     47/53   47/53	[77]
Kore	47	98.9 ± 3.4 Asırlık 73.6 ± 3.6 Yaşlı 34.3 ± 6.5 Yetişkin	33,147 59/41 67/33	[78]
Kore	57	25-65 (başka katılımcı bilgisi veya tablosu yok)	54/46	[82]
USA	1673	40.2 ± 9.7a	52/48a	[60]
USA	28	49.5 (20-82)*	54/46	[79]
Nijerya	30b	Bebek-85c	NA	[68]
Birleşik Krallık	2764d	59.5 ± 12.3	32,813	[81]
Kanada	41	24.3 ± 3.7e	54/46	[80]

^* Bu çalışmalarda yaş ortanca (yaş aralığı) olarak bildirilmektedir.

^# Bu çalışmalarda yaş ortalama (yaş aralığı)olarak bildirilmektedir.

^a Meta Veriler, İnsan Mikrobiyom Projesi için katılımcı verileri kısıtlı erişim olduğundan, yalnızca Amerikan Bağırsak Katılımcıları (n = 1375) için rapor edilmiştir

^b Bu bulgular yalnızca bu çalışmadaki kentte yaşayan Nijeryalılarla ilgilidir

^c Yaş grupları için orta değer veya ortalama sağlanmadı. Bebekler < 3 yaş (n = 12) olarak ve yetişkinler 5-85 (n = 18) olarak tanımlandı

^d Bu değerler yalnızca bu belgedeki TwinsUK topluluğundaki analizlerle ilgilidir

^e Bu değerler, kardiyorespiratuar uygunluk açısından AVG topluluğu için rapor edilmiştir, ancak tüm çalışma katılımcılarını yansıtır. Tüm katılımcılar için toplam yaş aralığı 18 ile 35 arasındadır.

Christensenellaceae, konakçı genetik çeşitlilik ile bağlantılıdır

Konakçı genotipinin, bireyler arasında Christensenellaceae’nin nispi bolluğundaki değişikliğin %30-60’ını etkilediği tahmin edilmektedir [21, 62, 66, 83]. Bağırsaktaki yüzlerce taksondan, Christensenellaceae ailesi sürekli olarak en yüksek kalıtsal olanlardan biri olarak tanımlanmaktadır. Bu, bir popülasyon karşısında ailenin nispi bolluğundaki değişikliğin önemli bir bölümünün genetik faktörlere atfedilebileceği anlamına gelmektedir. Kalıtım, nicel bir özelliğin genetik yatkınlığını ifade eder: örneğin, boy kalıtsaldır, çünkü bu özellik büyük ölçüde genetik olarak belirlenir. Kalıtım hesaplamaları, özelliğin nicel ölçümlerini (göreceli bolluk gibi) hesaba katar ve Christensenellaceae’nin bilinmeyen aile üyelerinden kalıtsal (yani dikey olarak aktarılmış) olup olmadığı ile karıştırılmamalıdır.

Goodrich ve arkadaşları; ilk olarak Birleşik Krallık’tan tek yumurta ve çift yumurta ikizleri üzerinde yaptıkları güçlü bir çalışmada (n = 977) Christensenellaceae’yi kalıtsal olarak tanımlamışlardır [21]. Christensenellaceae familyasının nispi bolluğundaki bireyler arasındaki değişikliğin dikkate değer bir şekilde %40’ı konakçı genetik faktörlere atfedilebilir. Tür düzeyinde operasyonel taksonomik birimlerin (OTU’lar) daha ayrıntılı bir analizi, sadece birkaç Christensenellaceae OTU’sunun ailenin kalıtsallığını yönlendirdiğini göstermiştir [21]. Aynı popülasyonu kullanan kalıtsallık üzerine diğer çalışmalarda, analizin tür düzeyinde operasyonel taksonomik birimlere (OTU’lar) özgü mü veya birlikte ortaya çıkan mikropların birimlerinin analiz edildiği zamanda mı olduğuyla benzer sonuçlar gözlemlenmiştir [81, 84]. Şimdiye kadar, Christensenellaceae kullanılan referans veritabanlarında bu aile için genomların bulunmaması nedeniyle, shotgun metagenom verilerine dayalı kalıtım analizine dahil edilmemiştir [85].

Christensenellaceae’nin yüksek kalıtsallığı, diğer insan popülasyonlarında doğrulanmıştır. Goodrich ve arkadaşları; ABD’den ikiz çiftleri içeren önceki iki çalışmada onun kalıtsallığını doğrulamışlardır [21, 61, 86]. Ayrıca Lim ve arkadaşları; 655 kişilik bir Kore topluluğunda mikrobiyom kalıtsallığını değerlendirmişler ve Christensenellaceae’yi kalıtsal olarak tanımlamışlardır. Yine bir Kanada topluluğunda (n = 270), en yüksek kalıtsal taksonlardan biri olarak tanımlanmıştır [62]. Aynı zamanda çoklu popülasyonlardaki bu gözlemler, Christensenellaceae’nin kalıtsallığının yaygın olarak paylaşılan bir özellik olduğunu göstermektedir. Bireylerin genetik olarak bu bakterilerin yüksek veya düşük nispi bolluğunu barındırmaya yatkın olmaları, genelleştirilebilir bir insan özelliği olabilir.

Şimdiye kadar, genom çapında ilişkilendirme (GWA) ile Christensenellaceae’nin yüksek kalıtsallığını açıklayan genetik faktörleri tanımlama girişimleri başarılı olamamıştır [83]. Aynı anda yapılan milyonlarca test (yani, tüm mikrobiyom özelliklerine karşı tüm genetik varyantları test etmek) ve yanlış olumlamaları düzeltme gerekliliği göz önüne alındığında, bu çalışmalar genellikle yetersiz kalmaktadır [87]. GWA’ya bir alternatif, analizi ilgi çekici fonksiyonlara sahip genlerle sınırlandırarak aday bir gen yaklaşımını ele almaktır. Örneğin, Zakrzewski ve arkadaşları; interlökin 23 reseptörü (ILR23) genindeki bir SNP ile ileum ve rektumdan alınan mukozal biyopsilerin mikrobiyomu arasındaki ilişkiyi incelemişlerdir. Bu varyantın A aleli (gen çifti), ileumla bağlantılı Crohn hastalığı (CD) riskinin azalmasıyla ilişkilendirilmiştir. Crohn hastalığı veya diğer mide-bağırsak bozuklukları belirtisi olmayan bireylerden oluşan bir popülasyonda, GG genotipli popülasyona kıyasla koruyucu alel (AG genotipi) barındıran bireylerin dışkısında önemli ölçüde nispeten daha fazla  Christensenellaceae bolluğu tespit edilmiştir [56]. IL23R genotipinin bağırsak mikrobiyotasının üyelerini nasıl etkileyebileceğinin aydınlatılması sürdürülmektedir.

Christensenellaceae, bağırsak yüzeyi üzerinde ifade edilen ve aynı zamanda salgılanan ABO kan grubu antijenlerinden sorumlu bir enzimi kodlayan fukosiltransferaz 2 (FUT2) geni ile de ilişkilendirilmiştir. Salgı yapmayanlar (Nonsecretors) (AA genotipi) Crohn hastalığı için yüksek risk taşımaktadır oysa salgı yapanlar (secretors) (AG veya GG) Crohn hastalığını geliştirmesi muhtemelen daha azdır [88]. Kaynak [88]’de incelenen sağlıklı bireylerin yeniden analizi; salgı yapanların salgı yapmayanlara kıyasla (n = 24) bu aileyi nispeten daha fazla barındırdığını göstermiştir [21]. Bu durumda hedefe yönelik bir yaklaşımın kullanıldığını ve mikrobiyomu FUT2 ile ilişkilendiren sonraki çalışmaların aynı sonuca ulaşmadığını belirtmek önemlidir. Davenport ve arkadaşları Christensenellaceae’nin kalıtsallığının ilk bildirildiği Birleşik Krallık ikizlerinde (n = 1503) bu analizleri  gerçekleştirdikleri zaman, Turpin ve arkadaşlarının [90] 1190 sağlıklı bireyden oluşan bir topluluk üzerinde gerçekleştirdiği çalışmanın sonuçlarıyla tutarlı olan Christensenellaceae ve salgı durumu arasında hiçbir bağlantı bulamamışlardır [89]. 

Christensenellaceae, kolorektal kanser (CRC) riskini etkilemek için konakçının genetik durumu ile etkileşime girebilir. Le Gall ve arkadaşları; kolorektal kanserli bireylere (n = 50; grup başına yaş ve cinsiyet uyumlu bireyler) göre sağlıklı kontrollerde Christensenellaceae’nin arttığını bildirmişlerdir [91], ancak Yazıcı ve arkadaşları dışkıdaki Christensenellaceae’nin nispi bolluğunun, kontrollere kıyasla Afrika kökenli Amerikalı kolorektal kanser hastalarında ortalama olarak daha yüksek olduğunu gözlemlemişlerdir [92]. Ayrıca Burns ve arkadaşları; kolorektal kanserli beş farklı işlev kaybı mutasyonu olan 44 hastadan alınan tümör ve sağlıklı mukozal doku biyopsilerini kullanarak kolorektal kanser ile Christensenellaceae’nin ilişkisinin mevcut mutasyon tipine bağlı olduğunu gözlemlemişlerdir [58]. Bu bulgular, kolorektal kanser durumuyla ilgili olarak Christensenellaceae bolluğunun tutarsız sonuçları için bir açıklama sunabilir. Bununla birlikte, Christensenellaceae’nin kolorektal kanser patolojisine katılıp katılmadığının tespiti sürdürülmektedir. Christensenellaceae ve konakçı genotipler arasındaki ilişkiler yeniden türetilmeye devam ederken, bu genotipler tarafından sağlık/hastalık ilerlemesinin kısmen Christensenellaceae’nin teşviki yoluyla sağlanabileceğini öne sürülmektedir.

Christensenellaceae metabolik sağlıkla bağlantılıdır

Vücut kompozisyonu ve metabolik sağlık

Vücut kitle indeksi (BMI), Christensenellaceae’nin bağırsaktaki nispi bolluğu ile ilişkili ilk konakçı fenotipiydi. Goodrich ve arkadaşları; obez bireylere (BMI ≥ 30) kıyasla normal vücut kitle indeksine (BMI 18,5-24,9) sahip bireylerde Christensenellaceae’nin önemli ölçüde zenginleştiğini gözlemlemişlerdir [21]. Bu ilk gözlemden bu yana, Christensenellaceae’nin normal bir BMI ile ilişkisi, çeşitli yaşlardaki yetişkin erkek ve kadınları içeren birkaç ülkeden popülasyonlarda tekrar tekrar doğrulanmıştır (Tablo 3). Zayıflık ile olan ilişkisine uygun olarak, Christensenellaceae’nin diyete bağlı kilo kaybından sonra arttığı belirtilmiştir [100]. Obez ve zayıf denekler genellikle bağırsağın mikrobiyal ekolojisinin özellikleri kullanılarak ayırt edilebilmesine rağmen bu yönler (örn., alfa çeşitliliği veya filum bolluğu) çalışmalar arasında farklılık göstermiştir [101]: bu nedenle Christensenellaceae ve BMI arasındaki bağlantı, bağırsak mikrobiyomu ve BMI arasındaki en güçlü doğrulanmış ilişki olarak durmaktadır. 

Vücut kitle indeksi (BMI), yağlanma için bir vekildir ve Christensenellaceae düzeylerini BMI ile ilişkilendiren raporlarla tutarlı olarak; yağlanmanın daha doğrudan ölçüldüğü çalışmalarda, bağırsaktaki Christensenellaceae’nin bolluğu ile güçlü ilişkiler dikkat çekmiştir. Örneğin Beaumont ve arkadaşları Birleşik Krallık’taki 1313 ikiz üzerinde yapılan bir çalışmada mikrobiyom ile çift yönlü x-ışını absorpsiyometrisi (DEXA) kullanılarak ilişkili yağlanma ölçümlerini belirlemişlerdir. Aile düzeyindeki en önemli ortaklık; kardiyometabolik bir risk faktörü olarak kabul edilen bir yağ türü olan viseral yağ kütlesi [84] ile negatif bir ilişki gösteren Christensenellaceae’dır. Hibberd ve arkadaşları tarafından yapılan benzer bir gözlemde; gövde  ve karın bölgesindeki yağ ile Christensenellaceae’nin anlamlı negatif bir ilişkisi olduğu rapor edilmiştir [102]. Ayrıca Christensenellaceae, merkezi yağlanmanın doğrudan belirteçleri olan bel çevresi ve bel-kalça oranı ile negatif korelasyon göstermiştir [66, 102-104]. 

Christensenellaceae’nın vücut yağ ölçümleriyle olan ilişkisine ilaveten, Christensenellaceae birkaç çalışmada serum lipidleri ile de negatif ilişkili bulunmuştur. Fu ve arkadaşları; Hollanda LifeLines DEEP topluluğunda (n = 893), düşük trigliserit seviyeleri ve yüksek yoğunluklu lipoproteinin yüksek seviyeleri (HDL veya “iyi kolesterol”) ile güçlü bir ilişkiye ilaveten, Christensenellaceae’nın BMI ile arasında negatif bir korelasyon olduğunu bildirmişlerdir [96]. Diğer gruplar da Christensenellaceae’nin azalmış serum trigliseritleri ile ilişkili olduğunu belirtmişlerdir [66, 102, 104]. Benzer şekilde, bu aile toplam kolesterol, düşük yoğunluklu lipoprotein (LDL veya “kötü kolesterol”) ve LDL partiküllerinin bir bileşeni olan apolipoprotein B ile de negatif ilişkilidir [94, 102]. 

Tablo 3 Sağlıklı bir vücut kitle indeksi ile Christensenellaceae’nin küresel ilişkileri

Ülke	Topluluğun  örnek ölçüsü	Yaş  (ortalama ± standart dev.)*	Cinsiyet  (%erkek/%kadın)	Kaynak
Amerika	154	15 (21-32)*,a	0/100	[61]
Amerika	599	62.7 ± 7.7b	54/46	[93]
Amerika	1673	40.2 ± 9.7c	52/48 c	[60]
Meksika	138	9.9 ± 1.72b	58/42	[94]
Birleşik Krallık	977	60.6 ± 0.3	2/98	[21]
Birleşik Krallık	2764d	59.5 ± 12.3	11/89	[81]
İspanya	39	14.8 (13-16)*	49/51	[95]
Hollanda	893	44.7 ± 12.9	43/57	[96]
Norveç	384	48 (23-82)*	42/58	[97]
Norveç	169	30 (27-34)*	0/100	[98]
Kore	655	47.0 ± 12.2	42/58	[66]
Kore	1274	45.7 ± 9.0	64/36	[99]
Japonya	516	52.4 ± 13.4	37/63	[67]

^* Bu çalışmalarda yaş ortanca (aralık) olarak bildirilmektedir

^a 49 katılımcı, yaş bildirilmeyen ikizlerin annesidir

^b Bu değerler sağlıklı kilo grubu için rapor edilmiştir, ancak tüm çalışma katılımcılarını yansıtmaktadır

^c Meta veriler yalnızca Amerikan Bağırsak Katılımcıları (n = 1375) için rapor edilmiştir, çünkü İnsan Mikrobiyom Projesi için katılımcı verileri kısıtlı erişimdir

^d Bu değerler yalnızca bu belgedeki TwinsUK topluluğundaki analizle ilgilidir. Diğer çalışmalar dahil edildi, ancak Christensenellaceae bildirilmedi

Sağlıklı kontrollere kıyasla metabolik sendromlu (MetS) bireylerde Christensenellaceae tükenmiş olarak rapor edilmiştir [66, 104]. Aşırı viseral yağa ilaveten metabolik sendrom; dislipidemi ve bozulmuş glukoz metabolizması gibi diğer risk faktörlerini içermektedir ve tip 2 diyabet ve kardiyovasküler hastalık için bir risk faktörüdür. 441 Kolombiyalıdan oluşan bir toplulukta Christensenellaceae, daha düşük bir kardiyometabolik risk değeri [103] ile pozitif ilişkili olarak tanımlanmıştır ve diğerleri; bunun genellikle metabolik sendromda yükselen kan basıncı [66, 104, 105] ile negatif ilişkili olduğunu bildirmişlerdir [106]. Christensenellaceae ayrıca sağlıklı glukoz metabolizması ile ilişkilendirilmiştir [66, 107] ve Christensenellaceae’nin OTU’ları, ön tip 2 diyabetli bireylerde azalmıştır [65]. Yüksek bir vücut kitle indeksi, bozulmuş glukoz metabolizması, dislipidemi ve metabolik sendromun diğer yönlerinin ek hastalıkları göz önüne alındığında, Christensenellaceae’nin bu koşulların çoğunu ters yönde izlemesi şaşırtıcı değildir. Metabolik sendrom ile Christensenellaceae’nin negatif ilişkisinin altında yatan mekanizmanın aydınlatılması sürdürülmektedir.

Metabolik hastalıklar genellikle beslenme biçimleri ile bağlantılıdır. Christensenellaceae’nin diyete duyarlı olduğu görülmektedir ve kanıtlar protein ve lif fermantasyonunda onun bir role sahip olduğunu işaret etmektedir. Geniş kapsamlı diyet çalışmalarında, Christensenellaceae’a rafine şeker oranı düşük ve meyve ve sebze tüketimi yüksek olan sağlıklı beslenme alışkanlıklarıyla  ilişkilendirilmiştir [108 110]. Christensenellaceae’nin vejeteryanlara kıyasla hem et hem de ot ile beslenen insanlarda nispi bollukta daha yüksek olduğu bildirilmiştir [71, 111] ve ayrıca Christensenellaceae süt tüketimi ile de ilişkilendirilmiştir [112]. Daha doğrudan bir bağlantıda, Christensenellaceae’nin diyetteki hayvansal ürünlerdeki artışa hızla yanıt verdiği gösterilmiştir [113]. Ayrıca Christensenellaceae, protein katabolizmasına özgü bağırsak metabolitleri ve diyet hayvansal protein ile pozitif olarak ilişkilendirilmiştir [114-116]. Aynı zamanda dirençli nişasta 4, galakto-oligosakkarit ve polidekstroz gibi prebiyotik lifleri içeren gıdalarla da beslenildiğinde Christensenellaceae’nin arttığı belirtilmiştir [22, 102, 112]. Kemirgen deneklerde de benzer gözlemler yapılmıştır [117–119]. Bu çalışmalar birlikte ele alındığında,  sağlık parametreleriyle Christensenellaceae’nin ilişkisinin kısmen protein ve lif açısından yüksek bir diyetle ilişkisinden kaynaklanabileceğini göstermektedir.

Goodrich ve arkadaşları diyeti kontrol ederken Christensenellaceae için metabolik hastalıkta nedensel bir rolü test etmek amacıyla mikrobiyomda neredeyse saptanamayan Christensenellaceae seviyelerine dayanarak obez bir insan donörü seçmişlerdir ve aynı lif bakımından zengin yemle beslenen mikropsuz farelere dışkı transferleri gerçekleştirmişlerdir. Fakat aksi takdirde sadece obez insan mikrobiyom inokülasyonunun C. minuta ile tamir edilip edilmeyeceği farklılık göstermiştir. Bu deneyler, C. minuta ile yapılan iyileştirmenin, değiştirilmemiş dışkı (veya ısıyla öldürülmüş C. minuta ile değiştirilmiş dışkı) alanlara kıyasla farelerin yağlanma kazanımlarını azalttığını göstermiştir [21]. C. minuta’nın aşırı yağlanma artışına karşı koruyucu etkisinin altında yatan mekanizmanın aydınlatılması sürdürülmektedir, ancak C. minuta eklendiğinde çeşitlilikte bir değişiklik gözlemlendiğinden mikrobiyal topluluğun yeniden şekillenmesini içerebilir. Bu deneyler, bağırsak mikrobiyomunda C. minuta’nın aktivitesinin, tamamıyle diyet kontrol edildiğinde muhtemelen mikrobiyotanın diğer üyeleri ile etkileşimler yoluyla konakçı vücut kompozisyonunu etkileyebileceğini göstermiştir. Aslında, Christensenellaceae üyelerinin ekolojik rolü ve genel olarak bağırsaktaki işlevleri daha iyi anlaşılmayı beklemektedir (Kutu 3).

İnflamasyon ve Geçiş Süresi

3000’den fazla kişiyi içeren inflamatuar bağırsak hastalığının (IBD) bir meta-analizinde, Mancabelli ve arkadaşları sağlıklı bir bağırsağın imzası olarak kabul edilen beş taksondan biri olarak Christensenellaceae’yi bildirmişlerdir [120]. Aslında Christensenellaceae, inflamatuar bağırsak hastalığının iki ana alt tipi olan Crohn hastalığı [121-129] ve ülseratif kolite [97, 122, 125, 129, 130] sahip kişilerde sürekli olarak azalmıştır. Karın ağrısı ve anormal bağırsak hareketleri ile karakterize bir gastrointestinal bozukluk olan irritabl bağırsak sendromunda (IBS), sağlıklı kontrollerin IBS’li bireylere kıyasla Christensenellaceae’nin daha fazla nisbi bolluğu çeşitli çalışmalarda bildirilmiştir [131-134]. Ayrıca birkaç çalışmada Christensenellaceae’nın daha uzun geçiş süresi ve hatta kabızlık arasında pozitif bir ilişki olduğu bildirilmiştir [67, 114, 133, 135, 136]. Bu nedenle Christensenellaceae, iltihaplanma ve hızlı geçiş süresi ile ilişkili durumlarda tükenmiş olarak görünmektedir. 

Christensenellaceae’nin geçiş süresi ile bağlantısı göz önüne alındığında, ailenin bağırsak hareketliliğini etkileyen duygusal bozukluklarla bağlantılı olması şaşırtıcı değildir. Örneğin, mide işlev bozukluğu özellikle kabızlık Parkinson hastalığına (PD) ve multipl skleroza (MS) sahip hastaların yaklaşık üçte ikisini etkilemektedir [137, 138]. Çalışmalar, sağlıklı kontrollere göre PD ve MS hastalarında Christensenellaceae’nin daha fazla nisbi bolluğunu kaydetmiştir [139-142]. Diyet aynı zamanda bağırsak geçiş süresiyle de ilişkili olduğundan, Christensenellaceae seviyelerinin nasıl kontrol edildiğini daha iyi anlamak için diyet, konakçı durumu ve konakçı genetiğinin etkileri dikkatle çözülmeye devam ediyor. 

Prospektüs

Christensenellaceae familyası oldukça kalıtsal  ve konakçı sağlığı ile ilgi çekici ilişkiler gösteren nispeten yakın zamanda tanımlanmış bir bakteri ailesidir. Christensenellaceae’nin sağlığa ev sahipliği yapan güçlü bağları, C. minuta gibi Christensenellaceae’nın kültürlü temsilcilerinin insan sağlığının iyileştirilmesi için terapötik bir probiyotik olarak kullanımının düşünülmesi  önerisini desteklemektedir[143]. Ancak Christensenellaceae’nin bağırsaktaki fonksiyonel rolü anlaşılmaya devam etmektedir. Christensenellaceae ve konakçı sağlık parametreleri arasındaki ilişkilerin toplanması artmaya devam ederken bu bakterilerin rolü hakkında çıkarımlara olanak sağlamaktadır, onların deneysel olarak çalışılması sürdürülmektedir. Genomlar, Christensenellaceae’nin metabolik kapasitesi ile ilgili hipotezler oluşturmak için güçlü bir platform sunar, ancak  bağırsaktaki Christensenellaceae’nin rolünü tam olarak nitelendirmek için in vitro ve in vivo daha fazla fonksiyonel tanımlama gerekli olacaktır. Bu ilgi çekici mikroplar tam olarak insan sağlığını iyileştirmek için kullanılacaksa, Christensenellaceae üyelerinin ekolojik rolü, mikrobiyomun diğer üyeleri ve konakçı ve konakçı diyeti ile etkileşimleri gibi bunların hepsinin daha iyi anlaşılmasına devam edilmelidir.