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Tire-wear derived organic pollutants differentially impact the growth of representative human gut strains
Aleksandra Stevanovic
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Microbiology, Microbial Ecology and Immunobiology
Betreuer*in
Alexander Loy
DOI
10.25365/thesis.81241
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29261.41294.386642-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Reifenabriebpartikel sind eine weit verbreitete und zunehmend bedeutende Quelle für Umweltverschmutzung. Sie stellen ein komplexes Gemisch organischer Verbindungen dar, darunter Benzothiazole und Diphenylguanidin (DPG), die in verschiedenen Umweltbereichen sowie in Lebensmitteln immer häufiger nachgewiesen werden. Trotz wachsender Besorgnis hinsichtlich der Exposition des Menschen sind ihre Auswirkungen auf das Darmmikrobiom nach wie vor kaum erforscht. Ziel dieser Studie war es, mithilfe von Hochdurchsatz- Wachstumshemmungstests zu untersuchen, ob ausgewählte aus Reifen-stammende Verbindungen wie 2-Mercaptobenzothiazol (MBT), 5-Methyl-1H-benzotriazol (MHBT) und Diphenylguanidin (DPG) das Wachstum repräsentativer menschlicher Darmbakterienstämme beeinflussen. Insbesondere sollte im Rahmen dieser Arbeit ermittelt werden, ob diese Verbindungen die Wachstumsdynamik in Reinkulturen verändern, was auf das Potenzial für Verschiebungen in der mikrobiellen Zusammensetzung und damit letztlich auf eine Darmdysbiose hindeuten könnte, sowie die zugrunde liegenden Mechanismen der beobachteten Effekte untersucht werden. Über einen weiten Konzentrationsbereich (ng/L bis mg/L) zeigten die meisten Stämme eine erhebliche Toleranz sowohl gegenüber Benzothiazolen als auch gegenüber DPG, wobei bei umweltrelevanten Konzentrationen oder darüber hinaus für die Mehrheit der Stämme keine biologisch relevante Wachstumshemmung beobachtet wurde. Es wurden jedoch stammspezifische Reaktionen festgestellt, wobei Collinsella aerofaciens nach Exposition gegenüber MBT und MHBT unabhängig von der Konzentration eine leichte konsistente Verzögerung beim Einsetzen des exponentiellen Wachstums zeigte. Dieser Effekt war vorübergehend. , C. aerofaciens Kulturen erholten sich bei längerer Inkubation vollständig, was auf einen Einfluss auf die frühe Wachstumskinetik aber nicht auf die langfristige Lebensfähigkeit hindeutet. Bemerkenswerterweise milderte die Zugabe von Spurenelementen die Wachstumsverzögerung, was darauf hindeutet, dass die metallchelierende Aktivität von Benzothiazolen zum zugrunde liegenden Mechanismus beitragen könnte. Das Verständnis, wie die Exposition zentraler Stämme des Darmmikrobioms gegenüber diesen Xenobiotika ihr Wachstumsverhalten beeinflusst, liefert Einblicke in mögliche Störungen, die innerhalb des komplexen Darmökosystems auftreten können. Dieses Wissen ist unerlässlich für die Bewertung möglicher gesundheitlicher Folgen, die mit der Umweltexposition gegenüber Schadstoffen verbunden sind. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Xenobiotika funktionelle Veränderungen, wie beispielsweise eine veränderte Produktion kurzkettiger Fettsäuren, unabhängig von Veränderungen der mikrobiellen Abundanz induzieren können. Daher sind, obwohl die direkte Wachstumshemmung durch Chemikalien aus Reifenabrieb minimal sein mag, potenzielle Auswirkungen auf die mikrobielle Funktion, die Interaktionen zwischen den Arten und die langfristige Dynamik der Gemeinschaft nicht auszuschließen. Dennoch zeigt diese Studie eine insgesamt erhebliche Toleranz ausgewählter Darmstämme gegenüber der Exposition gegenüber den untersuchten Verbindungen, sowie stammspezifische Auswirkungen auf die Wachstumsdynamik und liefert erste mechanistische Einblicke in die Wirkmechanismen dieser Verbindungen. Diese Arbeit schafft somit eine Grundlage für zukünftige Forschung, die auf komplexe mikrobielle Gemeinschaften angewendet werden könnte, um die Auswirkungen auf die Stabilität des Darmmikrobioms und die Gesundheit des Wirts besser zu verstehen.
Abstract
(Englisch)
Tire wear particles (TWPs) are an abundant and emerging source of environmental pollution, representing a complex mixture of organic compounds, including benzothiazoles and diphenylguanidine (DPG), which have been increasingly detected across multiple environmental matrices as well as food products. Despite growing concern regarding human exposure, their impact on the gut microbiome remains poorly understood. The aim of this study was to investigate whether selected environmentally relevant TWPs-derived compounds, 2- mercaptobenzothiazole (MBT), 5-methyl-1H-benzotriazole (MHBT), and diphenylguanidine (DPG), impact the growth of representative human gut bacterial strains using high-throughput growth inhibition assays. In particular, this work sought to determine whether these compounds alter growth dynamics in pure cultures, which may suggest the potential to result in shifts in microbial composition and, thus ultimately, gut dysbiosis, as well as to explore the underlying mechanisms of any observed effects. Across a wide concentration range (ng/L to mg/L), most strains exhibited substantial tolerance to both benzothiazoles and DPG, with no biologically relevant growth inhibition observed at environmentally relevant and higher concentrations. However, strain-specific responses were identified, with Collinsella aerofaciens displaying a consistent slight delay in the onset of exponential growth following exposure to MBT and MHBT, independent of their concentration. This effect was transient, with cultures fully recovering during prolonged incubation, indicating an impact on early growth kinetics as opposed to long-term viability. Notably, supplementation with trace minerals alleviated the observed delay in growth, suggesting metal chelating activity by benzothiazoles may contribute to the underlying mechanism. Understanding how exposure of core gut microbiome strains to these xenobiotics influences their growth behavior provides insight into potential perturbations that may occur within the complex gut ecosystem. Such knowledge is essential for assessing possible downstream health consequences associated with environmental exposure to pollutants. Emerging evidence suggests that xenobiotics can induce functional changes, such as altered short-chain fatty acid production, independently of changes in microbial abundance. Therefore, while direct growth inhibition by TWPs-derived compounds may be minimal, potential impacts on microbial function, interspecies interactions, and long-term community dynamics cannot be excluded. Nonetheless, this study demonstrates overall substantial tolerance of selected gut strains to TWPs-dervied compound exposure, strain specific impacts on growth dynamics and offers initial mechanistic insights into the modes of action of these compounds. This work thus establishes a foundation for future research, which could be applied to complex microbial communities to better understand the implications for gut microbiome stability and host health.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Reifenabriebpartikel Darmmikrobiom Benzothiazole Diphenylguanidin (DPG) Xenobiotika Wachstumshemmungstest Collinsella aerofaciens Dysbiose Umweltschadstoffe Mikrobielle Toleranz Menschliche Exposition
Schlagwörter
(Englisch)
Tire wear particles (TWPs) Gut microbiome Benzothiazoles Diphenylguanidine (DPG) Xenobiotics Growth inhibition assay Collinsella aerofaciens Dysbiosis Environmental pollutants Microbial tolerance Human exposure
Autor*innen
Aleksandra Stevanovic
Haupttitel (Englisch)
Tire-wear derived organic pollutants differentially impact the growth of representative human gut strains
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
46 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alexander Loy
AC Nummer
AC17898362
Utheses ID
80921
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |