Bifidobakterie a jejich role ve střevní mikrobiotě

Daniela Resová

Bachelor's thesis

Bifidobacteria and their role in the gut microbiota

Abstract:

Lidský gastrointestinální trakt obývá mnoho mikroorganismů. Složení střevní mikrobioty může výrazně ovlivnit zdraví jedince. Mezi běžné komenzální bakterie ve střevě řadíme rod Bifidobacterium. Přínos bifidobakterií je především v jejich schopnosti štěpit jinak nestravitelné složité sacharidy, vzniklými metabolity okyselovat prostředí a tím nejen chránit hostitele, ale i zlepšovat vstřebatelnost některých minerálních látek. Vzniklou energií mohou také vyživovat střevní či jaterní epitel. Bifidobakterie zaujímají velký podíl střevní mikrobioty především u kojenců. Jsou nejen součástí mateřského mléka, ale především tráví oligosacharidy v něm hojně obsažené. Se změnou stravy a přibývajícím věkem zastoupení bifidobakterií klesá. Druhy bifidobakterií běžné u kojenců bývají postupně nahrazeny druhy jinými, typickými pro mikrobiotu dospělého člověka. Hostitelem pro bifidobakterie není pouze člověk, ale často jím bývají i primáti a další zvířata. Některé druhy byly dokonce izolovány z trávicího traktu hmyzu nebo odpadních vod. Cílem praktické části této bakalářské práce bylo kvantifikovat kultivovatelné bifidobakterie z lidských fekálních vzorků od dárců bez gastrointestinálních obtíží (n = 15) a určit jejich druhové zastoupení. Dalším cílem bylo rozšíření sbírky bifidobakterií Katedry mikrobiologie, výživy a dietetiky České zemědělské univerzity v Praze o tyto divoké kmeny. Bifidobakterie byly detekovány ve vysokých kultivačních počtech u všech testovaných fekálních vzorků lidských dárců bez gastrointestinálních obtíží. Na selektivním médiu s mupirocinem a kyselinou octovou dosahovaly množství v průměru 8,95 ± 0,35 log KTJ/g fekálního vzorku. Podobného množství bifidobakterie dosahovaly také na médiu s norfloxacinem, mupirocinem a kyselinou octovou v průměru 8,76 ± 0,35 log KTJ/g. Selektivita médií a identita izolátů byla ověřena a určena pomocí mikroskopické kontroly, detekce enzymu fruktózo-6-fosfát fosfoketolázy a MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie. Z celkových 77 izolovaných kmenů bifidobakterií bylo pomocí MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie 73 identifikováno na druhovou úroveň s vysokou mírou jistoty. Nejčastěji detekovanými druhy byly Bifidobacterium adolescentis a B. longum, po nichž následovaly B. animalis, B. angulatum, B. catenulatum a B. pseudocatenulatum. Všech těchto 73 zidentifikovaných divokých kmenů bifidobakterií patřících do 7 různých druhů bylo přidáno do sbírky bifidobakterií Katedry mikrobiologie, výživy a dietetiky České zemědělské univerzity v Praze určených jako kontrolní skupina bifidobakterií od lidských dárců bez gastrointestinálních obtíží pro budoucí testování v rámci střevní dysbiotické mikrobioty, antibiotické rezistence bifidobakterií a dalších studií.

Abstract:

The human gastrointestinal tract is inhabited by many microorganisms. The composition of the gut microbiota can affect an individual's health. Bifidobacterium is one of the common commensal bacterial genera in the intestine. The benefit of bifidobacteria is mainly in their ability to digest otherwise indigestible complex carbohydrates. The resulting metabolites help to acidify the gut environment and thus not only protect the host but also improve the absorption of some minerals. The resulting energy can also nourish the intestinal or hepatic epithelium. Bifidobacteria occupy a large proportion of gut microbiota, especially in infants. They are contained in breast milk and digest the oligosaccharides abundant in it. The proportion of bifidobacteria decreases with diet changes and host aging. The species of bifidobacteria common in infants are continuously being replaced by other species, typical in the adult gut microbiota. The hosts for bifidobacteria are not only humans but primates and other animals, too. Some species have been isolated even from the digestive tract of insects or sewage. The aim of the practical part of the bachelor thesis was to quantify cultivated bifidobacteria from human faecal samples from donors without gastrointestinal problems (n = 15) and to determine other species representation. Another goal was to expand the collection of bifidobacteria of the Department of Microbiology, Nutrition, and Dietetics of the Czech University of Life Sciences Prague by these wild strains. Bifidobacteria were highly abundant in all tested faecal samples from human donors without gastrointestinal problems. The cultivation numbers of bifidobacteria reached 8.95 ± 0.35 log CFU per gram of faecal sample when cultivated on a selective medium with mupirocin and acetic acid. A similar amount of bifidobacteria was determined on medium with norfloxacin, mupirocin, and acetic acid in counts of 8.76 ± 0.35 log CFU/g. The selectivity of the media and the identity of the isolates were verified by microscopic check, detection of the enzyme fructose-6-phosphate phosphoketolase, and by the MALDI-TOF mass spectrometry. Of a total of 77 isolated bifidobacterial strains, 73 were identified by MALDI-TOF mass spectrometry to the species level with a high degree of certainty. The most frequently detected species were Bifidobacterium adolescentis and B. longum, followed by B. animalis, B. angulatum, B. catenulatum, and B. pseudocatenulatum. All these 73 identified wild strains of bifidobacteria belonging to 7 different species were added to the bifidobacterial collection of the Department of Microbiology, Nutrition, and Dietetics of the Czech University of Life Sciences Prague as a control group of bifidobacteria from human donors without gastrointestinal problems. These wild strains will be used for future testing of intestinal dysbiotic microbiota, antibiotic resistance of bifidobacteria, and other studies.

Keywords

Bifidobacterium, kultivace, MALDI-TOF MS, druhová identifikace, mikrobiom

Keywords

microbiome, cultivation, Bifidobacterium, MALDI-TOF MS, species identification

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Nikol Modráčková
• Reader: Lucie Malá, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Nutrition and Foodstuffs