Effects of the bacterial conversion of lipids in the gut on mouse metabolism

Streidl, Theresa; Blank, Lars M. (Thesis advisor); Clavel, Thomas (Thesis advisor); Elling, Lothar (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Als komplexes Ökosystem kodiert und produziert die intestinale Mikrobiota Millionen Gene und Metabolite, deren Funktion innerhalb der Wirtsphysiologie weitgehend unbekannt ist. Verschiebungen fäkaler mikrobieller Profile wurden oft in Zusammenhang mit metabolischen Krankheiten wie Übergewicht und Typ-2 Diabetes gebracht, wobei die Rolle spezifischer Stämme und assoziierter Mediatoren kaum erforscht ist. Das übergreifende Ziel dieser Arbeit war es, die Lipid-Verstoffwechselung des Darmmikrobioms bezüglich sekundärer Gallensäureproduktion und bakterieller Lipasen zu untersuchen. Die Arbeit ist in drei thematisch komplementäre Kapitel unterteilt: Kapitel I behandelt den Effekt der Gallensäuren-Dehydroxylierung auf den Wirtsmetabolismus, der bislang nur mittels humaner Darmbakterien untersucht wurde. Hierfür wurden Mäuse von Geburt an mit der definierten Mikrobiota OligoMM12 sowie mit oder ohne Extibacter muris - einem Mausisolat, das 7α-Dehydroxylierung katalysiert - kolonisiert und mit zwei Diäten unterschiedlicher Fettgehalte gefüttert. Die Kolonisierung mit E. muris (≤2.5% rel. Abundanz) ging mit der Produktion geringer Mengen der sekundären Gallensäuren DCA und LCA einher (≤363 nmol/g Zäkum-Inhalt). Die Leberphysiologie wurde beeinflusst, d.h. Protein-Pathways involviert in Aminosäure-, Glukose-, Lipid-, Energie- und Medikamentenmetabolismus waren verändert. Kapitel II befasst sich mit der Klasse der Coriobacteriia, deren Mitglieder teils Gallensäuren transformieren oder mit verändertem Wirtsfettstoffwechsel assoziiert wurden. Von 346 KORA Probanden, deren klinische Parameter vorliegen, wurde die fäkale Mikrobiota analysiert und das Vorkommen von Eggerthellaceae invers mit BMI, WHR und Fettmasse in Zusammenhang gebracht. Weiter wurden Mäuse mit OligoMM12 und vier Coriobacteriia Stämmen, die vormalig den Lipidmetabolismus gnotobiotischer Mäuse beeinflusst hatten, assoziiert. Einzig Eggerthella lenta kolonisierte in diesem Model (≤40% rel. Abundanz); dies beeinflusste die Wirtszielparameter wie Köpergewicht und Fettmasse jedoch nicht. Als erster Schritt zukünftiger mechanistischer Studien arbeitete ich an der Entwicklung veränderter Milchsäurebakterien, die die von Collinsella aerofaciens stammende putative Lipase exprimieren. In Kapitel III wird die Arbeit an bakteriellen Lipasen fortgeführt, indem die biochemischen Parameter einer neuen, von Clostridium symbiosum exprimierten Lipase charakterisiert wurden. Zusammenfassend wurde ein neues gnotobiotisches Mausmodel zur Untersuchung der sekundären Gallensäureproduktion in vivo etabliert, in welchem kein schädlicher Effekt auf den Wirtsmetabolismus beobachtet wurde. Die komplizierte Beschaffenheit von Coriobacteriia verhinderte es ihre Rolle auf den murinen Metabolismus zu untersuchen, wobei ihr Vorkommen in humanem Fäzes invers mit veränderten Parametern des Wirtsmetabolismus assoziiert war. Die Fertigstellung der genetisch veränderten Stämme wird die Erforschung der Funktion intestinaler bakterieller Lipasen bei der Regulation des Wirtsmetabolismus voranbringen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie [161710]