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Bacterial degradation of polysaccharides in the gut mucosal eco-system
Anne Nicole Joelle Overbeeke
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
David Berry
DOI
10.25365/thesis.72731
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21273.80643.910791-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Gesunde Ernährung ist ein Grundpfeiler einer gesunden Lebensweise, in der Ballaststoffe eine wichtige Rolle für die Gesundheit des Wirts spielen. Ballaststoffe reduzieren nicht nur das Risiko eines Krankheitsausbruchs, sie sind auch entscheidend für einen gesunden Verdauungstrakt, welcher die Darmflora inkludiert. Im Gegenzug stellen Darmbakterien dem Wirt zusätzliche Nährstoffe, wie etwa Vitamine und kurzkettige Fettsäuren, zur Verfügung, die der Wirt nicht selbst herstellen kann. In einem gesunden System ist der Darm mit einer Schleimhaut ausgekleidet, die verhindert, dass Bakterien in direkten Kontakt mit Wirtszellen kommen und dadurch eine Entzündungsreaktion hervorrufen. Diese Darmschleimhaut ist allerdings bei vielen Krankheiten reduziert. Das Hauptaugenmerk dieser Doktorarbeit liegt in der Untersuchung von bakteriellen Interaktionen mit der Darmschleimhaut. Dies wurde einerseits durch einen holistischen in vivo Ansatz unter der Verwendung von Mausmodellen erforscht, die mit ballaststoffarmer Nahrung gefüttert wurden und eine Untersuchung des gesamten Ökosystems der Darmschleimhaut ermöglichen. Andererseits untersuchten wir in einem in vitro Ansatz zwei spezifische Wirtskomponenten der Darmschleimhaut, sowie ausgewählte Bakterienarten und deren Fähigkeit zur Zersetzung der Darmschleimhaut. Die in vivo Experimente zeigten wider Erwarten, dass eine Reduktion der Darmschleimhaut nicht auf eine erhöhte Zahl von Schleimhaut abbauenden Bakterien zurückzuführen ist, sondern vielmehr eine Wirtsreaktion darstellt. Unsere Ergebnisse weisen auch einen Verlust an bakterieller Diversität aufgrund von Ballaststoffmangel nach und unterstreichen die Wichtigkeit von Methoden zur absoluten Quantifizierung in diesen Untersuchungen, da relative Häufigkeiten zu falschen Schlussfolgerungen führen können. Zuletzt zeigen wir auf, dass Ballaststoffmangel nicht nur Darmschleimhaut und Mikroben beeinflusst, sondern auch zusätzliche physiologische Veränderungen im Verdauungstrakt, wie etwa eine Verkürzung, hervorruft. Glykosaminoglykane des Wirts, wie etwa Chondroitinsulfat und Hyaluron, sind ein wichtiger Bestandteil der Darmschleimhaut. Zusätzlich spielen die unterschiedlichen Taxa der Darmflora eine entscheidende Rolle für die Gesundheit des Wirts, wie am Beispiel des Ballatstoffmangels deutlich wird. Wir wählten daher nah verwandte Arten der Gattung Bacteroides um die Mechanismen hinter der Zersetzung dieser Wirtskomponenten und mögliche Kooperation zwischen Bakterienarten in der Form von Kreuzfütterung zu untersuchen. Wir zeigen hier, dass nah verwandte Arten zwar unterschiedliche Zersetzungsprofile aufweisen, jedoch die Zersetzungsprodukte teilen, um ein ausbalanciertes Ökosystem zu gewährleisten. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit geben Aufschluss über die Komplexität des Ökosystems der Darmschleimhaut und die wichtige Rolle der (ausbalancierten) Ernährungsweise in diesem Zusammenhang.
Abstract
(Englisch)
A healthy diet is one of the main pillars of healthy living, where fibers play an important role in host health. Not only do fibers reduce chances of disease onset, fibers are also vital for a healthy digestive tract which includes the gut microbiome. In return the bacteria in the intestines provide the host with additional nutri-ents such as vitamins and short chain fatty acids the host is unable to produce itself. In a healthy system a mucus layer covers the intestine in order to prevent bacteria from coming into direct contact with host cells and thus causing an inflammatory response. However, with many diseases this mucus layer is diminished. The main focus of this thesis was to investigate bacterial interactions with the mucus layer. This was done in a holistic in vivo approach using mice models fed a fiber deficient diet investigating the entire mucosal eco-system as well as in vitro where we selected two specific host compounds of the mucosal environment and a investigated a specific selection of bacterial species and their degradation abilities. The in vivo exper-iments showed, contrary to popular belief, mucus reduction is not a result of an increasing number of mu-cus degrading bacteria but rather a host-led response. Additionally, our results verified the loss of bacterial diversity upon the absence of fiber and showed the importance of using absolute quantification methods in such instances as relative abundances can lead to false conclusions. Lastly, we showed that not only mucus and microbes were affected by the lack of fibers but that there were additional physiological changes in the intestines including a shortened length. Host glycosaminoglycans such as chondroitin sulfate and hyaluronan play an important role in shaping the gut mucosal environment. Additionally, the different taxa within the gut microbiome are vital to host health as seen with the fiber deficiency. We thus selected closely related Bacteroides species in order to investigate the mechanisms behind degradation of these specific components as well as the potential co-operation between species via cross-feeding. Here we found that closely related species have different degradation profiles yet do share degradation products in order to keep a balanced eco-system. The re-sults in this thesis shed a new light on the complexity of the gut mucosal eco-system and the important role of (balanced) nutrition therein.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Schleimhaut Darm Bakterien Ballaststoffen
Schlagwörter
(Englisch)
Mucus gut bacteria fiber host-microbe interactions
Autor*innen
Anne Nicole Joelle Overbeeke
Haupttitel (Englisch)
Bacterial degradation of polysaccharides in the gut mucosal eco-system
Paralleltitel (Deutsch)
Bakterieller Abbruch von Polysacchariden in der Darm-Schleimhaut Okosystem
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
79 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Timon Adolf ,
Michiel Kleerebezem
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein. Allgemeines
AC Nummer
AC16695714
Utheses ID
65059
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |