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Characterization of the premature microbiome by assessment of bacterial load as well as isolation of residing bacteria and the influence of Bifidobacterium bifidum on immunological function
Margareta Mayer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
David Berry
DOI
10.25365/thesis.64198
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27766.20090.526071-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In den ersten Lebenswochen wird das Darmmikrobiom von Säuglingen zunächst durch pränatale und postnatale Faktoren wie mütterliche Infektionen, Art der Entbindung, Ernährung und den Einsatz von Medikamenten geprägt.
Extrem Frühgeborene sind früher mit der extrauterinen Umgebung konfrontiert und haben daher in dieser kritischen Entwicklungsphase zusätzlich mit sich ändernden Zuständen und Krankheitsphasen zu kämpfen. Dies kann zu lang anhaltenden physiologischen und neurokognitiven Beeinträchtigungen führen.
Jüngste Studien zeigten eine rasch ansteigende Bakterienanzahl vor Beginn einer nekrotisierender Enterokolitis. Es wird somit angenommen, dass neben der relativen Häufigkeit der vorkommenden Bakterien auch die totale Anzahl an Bakterien relevant sein kann um Krankheitsverläufe besser nachzuverfolgen.
In der vorliegenden Arbeit wurden 547 Stuhlproben von 60 Frühgeborenen (GA<28, Geburtsgewicht<1000g) verwendet, um die gesamte Biomasse anhand 16S rRNA Kopien durch quantitative PCR zu identifizieren. Das Ziel war es das Fortschreiten von in dieser Patientengruppe weit verbreiteten Infektionskrankheiten, wie der nekrotisierenden Enterokolitis sowie früher und später Sepsis, besser zu ver- stehen. Die mittlere Anzahl an 16S rRNA Kopien in den ersten Tagen nach der Geburt betrug 1,6*10^9 und wies einen Anstieg bis zu 6,6*10^10 Kopien bei Entlassung vor. Es zeigten sich jedoch individuelle Schwankungen wo das Maximum bis zu 7,8*10^10 betrug. Kurzzeitige Schwankungen bei der bakteriellen Sukzession können Teil eines natürlichen Besiedelungsprozesses darstellen. Jedoch konnten wir beobachten, dass sich manche Abweichungen vermehrt in an Infektionen erkrankten Patienten fanden. Die Ergebnisse weisen deshalb darauf hin, dass Biomasse ein unterstützender Indikator sein kann, um den klinischen Status der Kinder genauer zu interpretieren. Hierbei habe ich mich im Speziellen mit dem Zusammenhang von Bakterienlast und Ernährungsstrategie sowie der Behandlung mit Antibiotika und Probiotika auseinandergesetzt.
Aus den Stuhlproben konnte ich außerdem unter anaeroben Bedingungen 23 Spezies isolieren. Zusätzlich isolierte ich Bifidobacterium bifidum aus einem häufig verabreichten Probiotikum. Die inaktivierten Zellen wurden in verschiedenen Konzentrationen als Trigger für eine immunologische Antwort von mononukleären Blutzellen verwendet um herauszufinden, bei welcher Konzentration eine vermehrte IL-10 Produktion auftrat. Dies zeigte sich bei Stimulation mit 10^6 Zellen mit und ohne zusätzlichem Stimulator Phytohämagglutinin-Leukoagglutinin (PHA-L).
Abstract
(Englisch)
The infant microbiome is initially shaped by prenatal and postnatal factors such as maternal infections, delivery mode, feeding and medication during the first few weeks of life. Extremely preterm infants are challenged with an earlier exposure to extra-uterine environments and thereby connected struggles of disease in this critical developmental period, which might lead to long-lasting physiological and neurocognitive impairments.
Recent studies observed a critical role of rapidly increasing total bacterial load in the pathogenesis of necrotizing enterocolitis. This finding has highlighted the necessity of assessing total cell numbers in addition to the study of gut-immune interactions. In the present thesis 547 faecal samples of 60 extremely preterm infants (birth weight <1000g, gestagional age <28weeks) were used to identify total bacterial load by quantitative PCR. The samples were previously obtained from the respective infants during hospitalisation. We analysed the succession of bacterial load during this period and reveal that the mean amount of 16S rRNA copy numbers per gram stool after birth was 1,6*10^9, increasing towards a mean of 6,6*10^10 at discharge, with an observed maximum of 7,8*10^10 16S rRNA copies per gram stool. However, this process of bacterial succession is marked by drastic fluctuations of biomass over short periods of time. Interestingly, we observe distinctive differences in bacterial load progression be- tween infants with and without the diagnosis of infectious diseases such as necrotizing enterocolitis or sepsis. In the present thesis I focus on analysing and discussing these differences by implementing aspects of nutritional management and therapeutic intervention in extremely premature infants. Further, I isolated 23 species from faecal samples via anaerobic cultivation in order to establish a premature infant culture collection. Additionally, I isolated the proposed commensal bacterium Bifidobacterium bifidum out of a commonly administered probiotic. Inactivated bifidobacterial cells were used to trigger an immunological response in adult human peripheral blood mononuclear cells at different concentrations to assess the necessary quantity for a sufficient anti-inflammatory IL-10 expression, which was which was achieved with 10^6 cells with and without additional stimulation of Phytohaemagglutinin leucoagglutinin (PHA-L).
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
premature infants microbiome gut biomass gut bacteria qPCR antibiotics probiotics nutrition hospitalisation immune system Bifidobacterium bifidum PBMCs
Schlagwörter
(Deutsch)
Frühchen Mikrobiom Biomasse des Darms Darmbakterien qPCR Antibiotika Probiotika Ernährung Krankenhausaufenthalt Immunsystem Bifidobakterium bifidum PBMCs
Autor*innen
Margareta Mayer
Haupttitel (Englisch)
Characterization of the premature microbiome by assessment of bacterial load as well as isolation of residing bacteria and the influence of Bifidobacterium bifidum on immunological function
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung des Mikrobioms von Frühchen durch Bestimmung der Biomasse und Bakterien sowie der Auswirkung von Bifidobacterium bifidum auf das Immunsystem
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
55 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
David Berry
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten ,
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges ,
44 Medizin > 44.13 Medizinische Ökologie ,
44 Medizin > 44.21 Ernährung ,
44 Medizin > 44.37 Physiologie ,
44 Medizin > 44.43 Medizinische Mikrobiologie ,
44 Medizin > 44.45 Immunologie ,
44 Medizin > 44.46 Klinische Pathologie ,
44 Medizin > 44.51 Diagnostik ,
44 Medizin > 44.92 Gynäkologie
AC Nummer
AC16053346
Utheses ID
56959
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |