Characterization of Intestinal Microbiota in Healthy Adults and the Effect of Perturbations

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0397-0
Title: Characterization of Intestinal Microbiota in Healthy Adults and the Effect of Perturbations
Author: Jalanka, Jonna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Veterinary Biosciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2014-12-05
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0397-0
http://hdl.handle.net/10138/136670
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The human gastrointestinal microbiota is a complex ecosystem harbouring trillions of bacteria from hundreds of species. Co-evolution has resulted in a mutually beneficial relationship in which gut bacteria make essential contributions to human health, moreover alterations in the microbiota composition and function have been associated to several disease states. In order to identify such changes in patients, it is essential to characterize the microbiota of healthy subjects. In this thesis the intestinal microbiota of healthy adults were thoroughly investigated and shown to display high subject-specificity and stability over time. Moreover, significant correlations between the microbiota and mild intestinal symptoms were identified, including the association of abdominal pain and bloating with the reduction of health-associated bifidobacteria. The intestinal microbiota of healthy subjects was benchmarked against two conditions that were hypothesized to perturb the microbial composition; bowel cleansing, a normal procedure prior colonoscopy and irritable bowel syndrome (IBS), a common disorder estimated to affect 10% of Finnish population. Adequate bowel cleansing by lavage has been shown to be safe for patients, but its long-term effects on the intestinal microbiota, and especially the potential alterations arising from different dosing regimes have not been addressed previously. We showed that there is a short but drastic reduction of the intestinal microbiota after lavage, however the microbiota recovers back to its original form within two weeks after the treatment. Additionally, we found that the recovery rate is dependent on the dosing of the purgative agent, suggesting that two smaller volumes of the purgative should be preferred over a single larger dose. There is growing evidence of the involvement of the intestinal microbiota in the pathophysiology of different IBS subtypes. However, the microbial component in post-infectious IBS patients has previously remained uncharacterised. In parallel to the characterization of intestinal microbiota of PI-IBS patients, the aim of this work was to address the associations between the intestinal microbiota and patient's clinical characteristics. We identified a bacterial signature of 27 taxa and the abundances of implicated bacteria correlated with clinical markers as well as expression levels of several host gene pathways, all suggesting an impaired gut epithelial barrier function in IBS. Observation of these specific associations between the host and intestinal microbiota may provide novel insights into the origin and mechanistic background of intestinal symptoms in IBS as well as enables novel stratification of the IBS patient material with a different aetiology. In summary, this thesis characterised the intestinal microbiota of healthy individuals and showed how perturbations such as IBS and bowel cleansing disrupt the composition, and detected associations between the microbiota and health parameters of the host. The results have clinical relevance by providing novel and a much needed tool for segregating the IBS patient material objectively as well as providing grounds for choosing the split-dosing regime of the purgative agent as an optimal bowel cleansing method. Furthermore, associations between the microbiota and health markers of the host were detected that will give grounds for future research on the aetiology of IBS.Ihmisen suolistomikrobiosto on monimuotoinen ekosysteemi, joka muodostuu triljoonista bakteereista. Ihmisen ja bakteeriston yhteinen evoluutio on johtanut keskinäiseen hyötysuhteeseen, jossa suolistomikrobisto osallistuu ihmisen terveyden ylläpitoon. Muutokset mikrobiston koostumuksessa tai toiminnassa on yhdistetty useisiin tauteihin. Jotta voitaisiin luotettavasti tunnistaa sairauksiin liittyviä mikrobistomuutoksia, on tärkeää tietää millainen on terveen ihmisen suolistomikrobisto. Tässä väitöskirjassa määriteltiin terveiden aikuisten suolistomikrobiston koostumusta ja osoitettiin sen olevan hyvin yksilöllinen ja pysyvän muuttumattomana 7 viikon seurannassa. Tutkitussa aineistossa lievien suolistovaivojen, kuten turvotuksen ja vatsakipujen esiintyvyys oli yhteydessä terveysvaikutteisten bifidobakteerien määrän laskuun. Terveiden aikuisten suolistomikrobistolöydöksiä verrattiin edelleen kahteen suoliston häiriötilaan; suolen tyhjennykseen, joka suoritetaan ennen kolonoskopiaa, sekä ärtyneen suolen oireyhtymään (IBS), josta kärsii noin 10% Suomen väestöstä. Suolen tyhjennys PEG liuoksella on todennetusti potilaalle vaaraton toimenpide, kuitenkaan sen pitkäaikaisvaikutusta tai kahden eri annoskoon merkitystä suolistomikrobistolle ei oltu aikaisemmin tutkittu. Tässä työssä osoitettiin, että suolen tyhjennyksellä on suuri, mutta lyhytaikainen vaikutus mikrobiston koostumukseen. Lähtötilanteen mikrobisto palautui entiselleen 2 viikon kuluessa tyhjennyksestä. Kuitenkin tyhjennysaineen annostus vaikutti mikrobiston palautumiseen; kaksi erillistä annosta aiheutti vähemmän pidempiaikaisia mikrobistomuutoksia kuin yksi suurempi annos. Suolistomikrobistomuutokset on yleisesti yhdistetty ärtyneen suolen oireyhtymään, mutta muutosten luonnetta gastroenteriitin jälkeisessä IBS:ssä ei ole aikaisemmin tutkittu. Taudin oireet vaihtelevat suuresti potilaiden välillä ja yksi tutkimuksen tarkoituksista olikin löytää yhteyksiä potilaiden kliinisen kuvan ja mikrobistomuutosten välillä. Tulokset viittaavat suolistobakteerien muutosten liittyvän suolen limakalvoesteen heikentyneeseen toimintaan. Lisäksi löytyneiden mikrobistomuutosten avulla pystyttiin luokittelemaan potilaat etiologian mukaisesti. Näiden yhteyksien löytyminen auttaa ymmärtämään mikrobiston merkitystä ärtyneen suolen oireyhtymän oireiden synnyssä. Yhteenvetona, tässä väitöskirjatutkimuksessa kuvattiin suolistomikrobiston piirteitä terveissä aikuisissa. Lisäksi selvitettiin kuinka mikrobistoa muokkaavat tekijät, kuten suolen tyhjennys, sekä ärtyneen suolen oireyhtymä muuttavat mikrobiston koostumusta, ja selvitettiin näiden muutosten ja potilaiden terveyttä kuvaavien kliinisten muuttujien välisiä yhteyksiä.
Subject: mikrobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
characht.pdf 757.8Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record