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Effects of ageing and vegetarianism on diversity and population sizes of Clostridium cluster IV assessed with TaqMan PCR and PCR-DGGE

Kathrin Liszt

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Alexander Haslberger

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DOI

10.25365/thesis.6961

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29081.98644.981360-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Der menschliche Körper speziell der Intestinaltrakt enthält eine große, aktive und sehr komplexe Gemeinschaft von Mikroorganismen die eine entscheidende Rolle für die Gesunderhaltung unseres Körpers spielen. Clostridium cluster IV einer der vorherrschenden Cluster im Darmtrakt wurde in verschiedenen Studien im Zusammenhang mit Erkrankungen wie entzündliche Darmerkrankungen [SOKOL et al., 2006], Colonkrebs [SCANLAN et al., 2008] und krankhaftem Übergewicht [TURNBAUGH et al., 2009] diskutiert. Daher ist es von besonderem Interesse ob dieser Cluster nun durch Diät im speziellen durch eine vegetarische Diät bzw. im Alter verändert wird. Das Ziel dieser Diplomarbeit war es die qualitativen und quantitativen Veränderungen von Clostridium cluster IV im fäkalen Mikrobiom von Vegetariern und in Alten zu untersuchen. Die Menge an Gesamtbakterien und der bakteriellen Subgruppe wurde in Stuhlproben von 15 Geriatriepatienten (86±8 Jahren, BMI 21,75 ± 5,08), 15 Vegetariern (23,2 ± 2,4 Jahren, BMI 20,44 ± 1,77) und 14 Omnivoren/Mischköstern (24 ± 2,5 Jahren, BMI 22,68 ± 3,41) mit Hilfe von quantitativer real time polymerase chain reaction (qPCR) gemessen. Die Diversität mit PCR-denaturierender Gradienten Gelelektrophorese (PCR-DGGE). Für die statistische Analyse der Datenmenge verwendeten wir die Hauptkomponentenanalyse (PCA, principal component analysis), Shannon und Simpson Diversität index. Banden von besonderem Interesse wurden sequenziert und mit Hilfe der Datenbank des RDP 9.58 (ribosomal database project, http://rdp.cme.msu.edu/) analysiert. In Vegetariern zeigten sich 19 % höhere und in den Geriatriepatienten 26 % geringere Werte von bakterieller DNA als in Mischköstern. Diese Unterschiede waren jedoch aufgrund hoher interindividueller Abweichungen nicht signifikant. Die Mittelwerte der prozentuellen Anteile von Clostridium cluster IV zu Gesamtbakterien in den Stuhlproben waren bei Vegetariern 31,86 ± 17,00 %, in Omnivoren 36,64 ± 14,22 % und in den Alten 27,20 ± 14,63 %. Die 3 Veganen waren nicht auffällig in der Gruppe der Vegetarier. Die Clusteranalyse und der Jackknifetest der PCR-DGGE fingerprints zeigten eine Tendenz für die Clusterbildung der Omnivoren, während bei Vegetariern und Alten keine Gruppierung ersichtlich war. Die Hauptkpomponentenanalyse zeigte in beiden plots Omnivoren zu Vegetariern und Omnivore zu Alten eine Trennung der jeweiligen Gruppen. Shannon und Simpson Diversitätsindex zeigten eine signifikante Abnahme der Diversität in der Gruppe der Geriatriepatienten im Vergleich zu den beiden jungen Gruppen (p<0.02). 2 Banden (eine mit 96.7 % Ähnlichkeit zu Faecalibacterium prausnitziiT, die andere mit dem unkultivierten Bakterium DQ793301 97.9 % Ähnlichkeit) aus den PCR-DGGE-fingerprints kamen signifikant (p<0,05) häufiger in Omnivoren als in Vegetariern und Alten vor, während die Bande mit 97.5 %iger Ähnlichkeit zu Clostridium sp. BI-114T nur signifikant seltener in Alten vorkam. Allerdings eine Bande (unkultiviertes Bakterium DQ793399 with 98.0 % Ähnlichkeit) kam signifikant häufiger in Alten als in Vegetariern und tendenziell häufiger in Omnivoren. Diese Diplomarbeit zeigt, dass sowohl eine vegetarische Diät als auch das Alter Einfluss auf unsere Darmbakterien haben, im speziellen durch Dezimierung und Veränderung der Diversität von Clostridium cluster IV. Es bleibt jedoch weiterhin die Frage offen, wie diese Veränderungen möglicherweise unseren Metabolismus bzw. unser Erkrankungsrisiko beeinflussen und wie dieses Ökosystem durch Behandlung mit z.B. Pro- und Präbiotiker verändert werden kann.

Abstract

(Englisch)

The human body especially the human intestinal tract harbors a large, active and very complex community of microbes with important influence on our health maintenance [HOOPER and GORDON, 2001]. Furthermore, in different studies the microbiota especially Clostridium cluster IV a predominant cluster of the faecal microbiota is discussed to be associated with diseases like inflammatory bowel diseases [SOKOL et al., 2006], cancer [SCANLAN et al., 2008] and obesity [TURNBAUGH et al., 2009]. Therefore, it is of interest if this cluster can be influenced by diet like vegetarianism and if it changes in elderly. The aim of this thesis was to investigate the quantitative and qualitative changes of Clostridium cluster IV in faecal microbiota associated with vegetarian diet and ageing. Bacterial abundances were measured in faecal samples of 15 elderly (aged 86±8 years, BMI 21.75 ± 5.08), 15 vegetarians (aged 23.2 ± 2.4 years, BMI 20.44 ± 1.77) and 14 omnivores (aged 24±2.5 years, BMI 22.68 ± 3.41) using quantitative real time PCR (qPCR). Diversity was assessed with PCR-DGGE fingerprinting, PCA (principal components analysis) and Shannon and Simpson diversity index. Interesting sequences have been sequenced and analysed in RDP 9.58 (ribosomal database project, http://rdp.cme.msu.edu/). Vegetarians showed 19 % higher whereby elderly showed 26 % lesser counts of bacterial DNA than omnivores. However, these differences were not significant due to high interindividual deviations. The mean proportion of Clostridium cluster IV in stool samples of vegetarians was 31.86 ± 17.00 %, in omnivores 36.64 ± 14.22 % and in elderly 27.20 ± 14.63 %. The three vegans did not stand out in the group of vegetarians. Cluster analysis and Jackknife test of PCR-DGGE fingerprinting showed a tendency for clustering for omnivores whereas vegetarians and elderly could not be grouped. PCA suggested a separation of omnivores in both separated PCA analysis of vegetarians to omnivores and elderly to omnivores. Shannon and Simpson diversity indices showed a significant decrease in diversity of elderly compared to both young groups (p<0.02). Two bands (one 96.7 % similar to Faecalibacterium prausnitziiT, the other an uncultured bacterium DQ793301with 97.9 % similarity) of the PCR-DGGE-fingerprints were more prevalent in omnivores than in vegetarians and elderly. One band with 97.5 % similarity to Clostridium sp. BI-114T) was significantly more prevalent in omnivores than in elderly and another band (uncultured bacterium DQ793399 with 98.0 % similarity) was significantly more prevalent in elderly than in vegetarians and for a tendency in omnivores. This diploma thesis could show that vegetarian diet as well as ageing affects the intestinal microbiota, especially in decreasing the amount and changing the diversity of Clostridium cluster IV. It remains to be determined how these shifts might affect host metabolism and disease risks and how this ecosystem can be influenced by treatment with pro- or prebiotics.

Autor*innen

Kathrin Liszt

Haupttitel (Englisch)

Effects of ageing and vegetarianism on diversity and population sizes of Clostridium cluster IV assessed with TaqMan PCR and PCR-DGGE

Paralleltitel (Deutsch)

Einfluss von Alter und Vegetarismus auf die Diversiät und Populationsgröße von Clostridium cluster IV gemessen mit TaqMan-PCR and PCR-DGGE fingerprinting

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

V, 63 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Alexander Haslberger

Klassifikationen

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

44 Medizin > 44.21 Ernährung

AC Nummer

AC07919899

Utheses ID

6291

Studienkennzahl

UA | 474 | | |

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