Коротко — какие причинно‑следственные гипотезы и как их проверять.
1) Гипотезы (каждая — формулировка + механизм)
- Микробиота → ожирение через метаболиты (SCFA, БАЖ, TMAO): разновидности/гены бактерий увеличивают образование метаболитов, повышающих энергоусвоение или влиющих на аппетит/инсулинорезистентность.
Тест: перевод метагеномных функциональных путей в метаболомные маркёры и вмешательства (FMT/колонизация).
- Обратная причинность: ожирение → изменение микробиоты (диета, гормоны, воспаление).
Тест: longitudinal до/после набора веса, контролируемая диета.
- Общий фактор/конфаунинг (диета, лекарства, генетика, среда) вызывает и микробиоту, и ожирение.
Тест: учет и инструментальные переменные (Mendelian randomization), рандомизация по диете/лекарствам.
- Конкретные таксоны/гены изменяют барьер кишечника → системное воспаление → ожирение/метаболический синдром.
Тест: маркёры проницаемости, воспаления + функциональные эксперименты в gnotobiotic мышах.
- Микробиота модулирует желчные кислоты/рецепторы FXR/TGR5, влияя на липогенез и термогенез.
Тест: измерение профиля желчных кислот + вмешательства, анализ путей биосинтеза.
2) Какие подходы и что они дают
- Шотган-метагеномика: таксономия + генный репертуар, CAZymes, Pathway abundance — для гипотез о функциональном потенциале. Используйте MAGs для конкретных штаммов.
- Метатранскриптомика: активность генов — отличает потенциал от экспрессии (важно для метаболитов).
- Метаболомика (таргет/унтаргет, LC‑MS/GC‑MS): измеряет реальные метаболиты (SCFA, БАЖ, BCAAs, TMAO) — ключ для доказательства медиатора.
- Метапротеомика/функциональная биохимия: подтверждает синтез белков/ферментов.
- Хост-омики: геном (MR), транскриптом/целые метаболические панели, иммунные маркёры, метаболические тесты.
- Количественная микробиология: абсолютная абундантность (спайк‑ин, flow cytometry) — чтобы избежать композиционности. Применяйте clr‑ или другие трансформации: $\mathrm{clr}(x)=\log \frac{x}{g(x)}$.
- In vitro модели (SHIME, ферментёры): тестирование ферментации субстратов и образования метаболитов.
- Gnotobiotic / germ‑free мыши, FMT: прямая проверка причинности — перенос микробиоты от здоровых/ожиревших доноров и измерение фенотипа хозяина.
- Изотопное трассирование: измерить «усвоение энергии» микробиотой / хостом.
3) Статистические и каузальные подходы
- Дизайны: longitudinal cohort, randomized dietary/antibiotic/probiotic/FMT trials, crossover.
- Медиаторный анализ: разделение эффекта X (микробиота) на прямой и опосредованный через метаболиты: $\mathrm{TE}=\mathrm{DE}+\mathrm{IE}$, моделирование через
$Y={\beta }_{M}M+{\beta }_{X}X+ϵ,M=\alpha X+\eta .$
- Инструментальные переменные / Mendelian randomization при наличии валидных генетических инструментов $Z$.
- IPW, g‑formula, структурные уравнения, causal discovery (PC/FCI) — применять осторожно и с учётом скрытых переменных.
- Интеграция multi‑omics: network/causal mediation, multi‑block methods, Bayesian models для оценки направленных путей.
4) Практический рабочий план (кратко)
- Сформулировать 1–2 конкретные гипотезы (таксон/функция → метаболит → фенотип).
- Собрать продуманный дизайн: longitudinal + вмешательство (FMT/диета) + богатая метадата (диета, лекарства).
- Сбор multi‑omics: шотган‑метагеномика, метатранскрипт, таргет и untargeted метаболомика, абсолютные счёты.
- Анализ: сначала корреляции/association, затем медиаторный/инструментальный анализ и экспериментальная валидация в моделях.
- Верификация в человеческих RCT или механистических моделях.
Если нужно, могу предложить конкретный эксперимент‑дизайн (кохорта vs RCT) и набор измерений для вашей конкретной найденной «соотношения бактерий».