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Effects of protein intervention on microbial diversity
Maria Kapeller
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ernährungswissenschaften
Betreuer*in
Karl-Heinz Wagner
DOI
10.25365/thesis.62493
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16294.73618.764171-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziel der Arbeit: Mit dem Anstieg der Anzahl an älteren Personen in der Bevölkerung, steigt auch die Relevanz des „gesunden Alterns“. Angemessene Ernährung und ein aktiver Lebensstil können die Lebensjahre in Gesundheit verlängern. Das Ziel der NutriAging Studie ist es, Faktoren zu finden, welche nicht nur die Lebens-, sondern vor allem die Gesundheitserwartung beeinflussen, während sich diese Arbeit dabei auf den Effekt einer erhöhten Protein-Aufnahme und Krafttraining bei älteren Personen auf die Zusammensetzung und Diversität des Darm-Mikrobioms fokussiert.
Material und Methoden: Grundlage der Arbeit war eine verblindete, randomisierte, kontrollierte Studie mit zwei Interventions- und einer Kontrollgruppe mit insgesamt 117 Personen im Alter von 73 ± 5 Jahren (MW ± SD) über eine Dauer von 15 Wochen. Die Intervention beinhaltete eine erhöhte Proteinaufnahme von 1.0 (Protein Low) oder 1.6 (Protein High) g/kg KG/d und zusätzlich angeleitetes Krafttraining zweimal wöchentlich, während die Kontrollgruppe lediglich beobachtet wurde und ihre Lebens- bzw. Ernährungsgewohnheiten nicht veränderte. Zu drei Zeitpunkten wurden Stuhlproben gesammelt, welche verwendet wurden, um die bakterielle DNA mit Next Generation Sequencing Methoden zu identifizieren. Hierfür wurde Illumina Sequencing und PCR-Analyse verwendet. Nach bioinformatischer Datenaufbereitung konnten durch die Programmiersprache R statistische und grafische Auswertungen erfolgen.
Ergebnisse: Die Diversität der Proben wurde durch Kennzahlen aus dem Bereich der mikrobiellen Ökologie berechnet. Weder die beobachtete (Shannon Index, Simpson Index) noch die geschätzte (Chao1 Index, ACE Estimator) Diversität wurden durch die Intervention signifikant beeinflusst. Eine PCoA führte, bei 4% erklärter Varianz, zu dem Schluss, dass eventuell auftretende Veränderungen des Mikrobioms auf zahlreiche Einflussfaktoren zurückzuführen sind. Der Faktor Interventionsgruppe hatte einen signifikanten Einfluss auf die β-Diversität, jedoch war dieser Effekt nicht zeitabhängig, was die Intervention als Ursache ausschließt. Ein Trend konnte hinsichtlich des Firmicutes/Bacteroidetes-Verhältnisses beobachtet werden, welches in den Interventionsgruppen höher war, als in der Kontrollgruppe. Dieser Umstand veränderte sich im Laufe der Studie nicht, und sollte demnach mit weiteren Variablen verglichen werden, wie BMI oder der Gesamt-Diversität, um einen Effekt der Intervention zu bestätigen. Die Zusammensetzung der Darmbakterien blieb im Laufe der Studie bei allen Teilnehmern stabil, was auch durch eine Cluster Analyse bestätigt wurde.
Conclusio: Die Zusammensetzung und Diversität des Darmmikrobioms haben signifikante Auswirkungen für den Menschen und beeinflussen Entzündungsprozesse, Metabolismus, Alterung und Wohlbefinden. Die Signifikanz des Mikrobioms bei diesen Prozessen wird erst seit Kurzem erkannt, und die Auswirkungen einer hohen Proteinaufnahme ist noch nicht hinreichend geklärt. Weitere Forschung auf diesem Gebiet ist essenziell für die Formulierung von Empfehlungen, nicht nur für die ältere, sondern für die gesamte erwachsene Bevölkerung. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf keinen Effekt der Menge an Protein (0.8-2.0g/kg KG/d) auf die Diversität des Darm-Mikrobioms hin. Weder positive noch negative Auswirkungen konnten gefunden werden, was auch für die Erhöhung der Protein-Empfehlungen für ältere Personen spricht.
Abstract
(Englisch)
Aim: The significance of healthy aging rises alongside the increment of the elderly population itself. An adequate diet and an active lifestyle can prolong the years spent in health. The aim of this thesis, as part of the NutriAging study, focuses on the effects of an elevated protein intake and strength training in elderly on composition and diversity of the human gut microbiome, which has great influence on host health.
Material and Methods: A blinded, randomised, controlled trial with two intervention and one control group, including 117 subjects aged 73 ± 5years (mean ± SD), was conducted over a period of 15 weeks to observe the effects of different amounts of protein and strength training on diversity and composition of the microbiome. For that purpose, the intervention groups were provided with a diet containing either 1.0 (Protein Low) or 1.6 (Protein High) g protein/kg BW/d and received guided strength training twice a week, while the control group received no intervention and was observed only. Stool samples were collected at three timepoints to extract bacterial DNA which was then identified with next generation sequencing methods, via Illumina sequencing and PCR-analysis. After bioinformatic processing of the gained data, statistical analysis was performed using R.
Results: Diversity was measured by common diversity metrics. Neither observed species richness (Shannon Index, Simpson Index) nor estimated species richness (Chao1 Index, ACE Estimator) were significantly affected by the protein or training intervention. A principal coordinates analysis resulted in 4% of explained variance indicating microbial changes are driven by numerous factors. The factor intervention group had significant impact on β-diversity, but the effect was not time-dependent indicating no influence of the intervention. A trend was observed concerning Firmicutes/Bacteroidetes-ratio, which was higher in the intervention groups compared to the control group. This effect did not change over time and needs to be compared to other variables, such as BMI or overall diversity, to confirm an effect of the intervention. Overall, microbiota composition remained stable throughout the study, as confirmed by a cluster analysis.
Conclusion: Composition and diversity of the human gut microbiome have significant effects for the host, and determine factors of inflammation, metabolism, aging and wellbeing. Since the significance of the human gut microbiome rises, and the effect of a high protein intake is not fully clarified, further research on this topic could help to express recommendations, not only for the elderly, but for the adult population. The results from this thesis indicate no effects of the amount of protein (0.8-2.0 g/kg BW/d) on the diversity of the microbiome. Neither positive nor negative impacts could be detected, further supporting the elevation of protein recommendations for elderly adults as it contributes to healthy aging.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
microbiota protein diversity strength training elderly microbiome
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikrobiota Protein Diversität Krafttraining ältere Personen Mikrobiom
Autor*innen
Maria Kapeller
Haupttitel (Englisch)
Effects of protein intervention on microbial diversity
Paralleltitel (Deutsch)
Auswirkungen der Proteinaufnahme auf die Diversität der Mikrobiota
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
V, 61 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karl-Heinz Wagner
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten
AC Nummer
AC16128986
Utheses ID
55235
Studienkennzahl
UA | 066 | 838 | |