Detailansicht
Context dependent effects of catecholamines on human gut bacterial growth and community composition
Dinely Anne Wijayagunasekera
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
David Berry
DOI
10.25365/thesis.81843
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22832.88593.177082-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Darmmikrobiota steht in einer komplexen wechselseitigen Beziehung zu ihrem Wirt und reagiert nicht nur auf die Nahrungsaufnahme, sondern auch auf vom Wirt ausgehende neuroendokrine Signale. Katecholamine wie Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin und Levodopa sind stressassoziierte Neurochemikalien, die bekanntermaßen das Bakterienwachstum und die Virulenz beeinflussen. Das Verständnis der direkten mikrobiellen Reaktionen auf Katecholamine in kontrollierten, artenreichen Systemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Wichtige Wissenslücken betreffen die Konzentrationsabhängigkeit dieser Effekte, die modulierende Rolle von Umweltfaktoren wie der Verfügbarkeit von Eisen und Nahrungsfasern sowie die Übertragbarkeit von Beobachtungen einzelner Arten auf die Dynamik auf Gemeinschaftsebene. Um diese Lücken zu schließen, wurde ein In-vitro-Ansatz mit zwölf darmassoziierten Bakterienarten verwendet. Ein Dosis-Wirkungs-Assay zeigte hochgradig artspezifische, nichtlineare Wachstumsreaktionen über sechs Katecholaminkonzentrationen. Eine Häminsupplementierung verstärkte selektiv das durch Katecholamine induzierte Wachstum opportunistischer Taxa, während bei mehreren Kommensalen eine Hemmung auftrat. Ein Polymersubstrat-Assay mit sechs Nahrungspolymeren zeigte substratabhängige Effekte, wobei die stärksten Reaktionen in FOS-haltigen Medien beobachtet wurden. Die CAZyme-Annotation der Genome ergab gemeinsame Glykosidhydrolase-(GH)-Familien bei Arten mit signifikanten Effekten. Schließlich bestätigte die 16S-rRNA-Sequenzierung in einer synthetischen Gemeinschaft, dass die Exposition gegenüber Katecholaminen die Gemeinschaftszusammensetzung veränderte (PERMANOVA R² = 0,518; p = 0,018), wobei wenig abundante Gattungen wie Ruminococcus und Bifidobacterium die ausgeprägtesten Verschiebungen aufwiesen. Vor allem spiegelten die Effekte auf Gemeinschaftsebene die in Monokulturen beobachteten Effekte nicht vollständig wider. Zusammengefasst wirken Katecholamine als selektive ökologische Modulatoren des mikrobiellen Wachstums, der Gemeinschaftszusammensetzung und der potenziellen Stoffwechselfunktion im Darm in kontextabhängiger Weise.
Abstract
(Englisch)
The gut microbiota exists within a complex bidirectional relationship with its host, responding not only to diet but also to host-derived neuroendocrine signals. Catecholamines, including adrenaline, noradrenaline, dopamine, and their precursor levodopa, are stress-associated neurochemicals known to influence bacterial growth and virulence. Yet, understanding direct microbial responses to catecholamines in controlled, multi-species systems remains limited. Key gaps include the concentration-dependence of these effects, the modulatory role of environmental factors such as iron and dietary polymers, and whether single-species observations translate into community-level dynamics. To address these gaps, this study used an in vitro approach using 12 gut-associated bacterial species. A dose-response assay across six catecholamine concentrations revealed highly species-specific, non-linear growth responses across concentrations. Hemin supplementation selectively magnified catecholamine-induced growth in opportunistic taxa with inhibition in several commensals. A polymer-catecholamine assay with six dietary polymers showed that catecholamine effects were substrate-dependent, with the strongest responses observed in FOS (fructooligosaccharide)-containing media. Annotating species’ genomes for CAZymes (carbohydrate-active enzymes) showed shared glycoside hydrolase (GH) families in species with significant effects. Finally, 16S rRNA sequencing of the same species in a synthetic community confirmed that catecholamine exposure restructured community composition (PERMANOVA R² = 0.518, p = 0.018), with low-abundance genera such as Ruminococcus and Bifidobacterium exhibiting the most pronounced treatment-specific shifts. Most importantly, community level effects did not fully mirror the effects seen in monocultures. Together, these findings demonstrate that catecholamines can act as selective ecological modulators of gut microbial growth, community composition and potential metabolic function in a context-dependent manner.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Darmmikrobiom Katecholamine Nahrungsfasern Eisen Synthetische Gemeinschaft Mikrobielle Endokrinologie
Schlagwörter
(Englisch)
Gut Microbiome Catecholamines Dietary Polymers Iron Synthetic Community Microbial endocrinology
Autor*innen
Dinely Anne Wijayagunasekera 
Haupttitel (Englisch)
Context dependent effects of catecholamines on human gut bacterial growth and community composition
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
84 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
David Berry
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC18007634
Utheses ID
82189
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |