Analisi Bioinformatica Longitudinale delle Dinamiche del Microbiota Intestinale Umano Dopo Trapianto di Microbiota Fecale nell’Infezione da Clostridioides difficile

Fecal microbiota transplantation (FMT) is an effective strategy for multiple recurrences of Clostridioides difficile infection, aiming to restore a more stable intestinal microbiota. This thesis develops and applies a bioinformatic analysis framework for the longitudinal investigation of 16S rRNA data from fecal samples of patients undergoing FMT, with comparisons to donors and healthy controls. The bioinformatic analysis was performed in R using the phyloseq package, starting from 16S data preprocessed in QIIME2 (ASV table, taxonomic assignment, and phylogenetic tree) and longitudinal metadata. The analysis framework includes quality control and filtering, alpha- and beta-diversity analyses, and differential abundance assessment using ANCOM-BC2. Overall, the results show that most patients exhibit increased diversity and a transition trajectory toward profiles more similar to donors and healthy controls, with a tendency toward stabilization during follow-up. However, longitudinal dynamics reveal marked inter-individual heterogeneity, with variable microbiome trajectories across patients. Overall, these findings highlight how a bioinformatic microbiome approach can support the assessment of response to FMT over time.

Il Trapianto di Microbiota Fecale (FMT) è una strategia efficace nelle recidive multiple da Clostridioides difficile, mirata al ripristino di un microbiota intestinale più stabile. Questa tesi propone e applica un flusso di analisi bioinformatica per lo studio longitudinale di dati 16S rRNA da campioni fecali di pazienti sottoposti a FMT, con confronto rispetto a donatori e controlli sani. L’analisi bioinformatica è stata eseguita in R mediante il pacchetto phyloseq, a partire dai dati 16S preprocessati in QIIME2 (tabella ASV, tassonomia e albero filogenetico) e dai metadati longitudinali. Il flusso di analisi comprende controllo qualità e filtraggio, analisi di diversità alfa e beta e valutazione dell’abbondanza differenziale mediante ANCOM-BC2. I risultati mostrano, nella maggior parte dei pazienti, un incremento della diversità e una traiettoria di transizione verso profili più simili a donatori e controlli, con tendenza alla stabilizzazione nel follow-up. Tuttavia, le dinamiche longitudinali evidenziano una marcata eterogeneità interindividuale, con traiettorie di cambiamento del microbiota variabili tra i pazienti. Nel complesso, il lavoro evidenzia come un approccio bioinformatico al microbioma supporti la valutazione della risposta al FMT nel tempo.