Metanogenní archea v průběhu chronického idiopatického zánětu střev

Bc. Martin Černý

Master's thesis

Methanogenic archaea during chronic idiopathic intestinal inflammation

Abstract:

Idiopatické záněty střev, jako je ulcerózní kolitida a Crohnova choroba, jsou zajímavým multidisciplinárním fenoménem, který díky svým nespecifickým projevům, nevyjasněné etiologii a stoupající celosvětové incidenci představuje značnou výzvu současné medicíny. Výsledky výzkumu těchto nemocí poukazují na zapojení střevní mikrobioty do zánětlivého procesu. Do dnešního dne není vyjasněno, zdali je mikrobiota spouštěčem či pouhým důležitým efekto-rem vlastního onemocnění. Jisté však je, že v průběhu onemocnění dochází k redukci diverzi-ty a snížení celkové abundance celé řady mikroorganizmů. Metanogenní archea patří mezi mikroorganizmy, které jsou v případě idiopatických střevních zánětů ve střevě silně redukovány. Ačkoli je tato skupina mikroorganizmů dlouho známá, pouze malý počet prací se zabývá rolí této fyziologicky a ekologicky významné skupiny v kontextu lidského mikrobiomu. Jedním z cílů této práce tak bylo poodhalit chování této skupiny mikroorganizmů v rámci lidského střevního mikrobiomu v kontextu idiopatických střevních zánětů. Za účelem popisu těchto jevů a složení lidské střevní mikrobioty byly odebrány vzorky stolice pacientům Fakultní nemocnice Ostrava, jakožto i zdravým dobrovolníkům. V kontextu recentních publikací se většina prací zaměřuje na složení mikrobiomu pomocí analýzy sekvencí DNA skrze systémy sekvenování nové generace, zejména pak sekvencí genu pro 16S rRNA podjednotku. V rámci této práce byla studie vhodně doplněna kultivačním experimentem a detekcí metanogenních archea pomocí druhově specifických primerů skrze kvantitativní real time PCR. Výsledky navzájem propojených experimentů poukázaly na limitace jednotlivých metod s ohledem na záchyt metanogenních archea a pomohly poodhalit vztahy těchto i dalších mikroorganizmů v kontextu idiopatických zánětů střev. Analýza námi získaných dat poté odhalila statisticky významné rozdíly, co do počtu a složení metanogenních archea i dalších kolonizátorů lidského gastrointestinálního traktu.

Abstract:

Inflammatory bowel disease, such as ulcerative colitis and Crohn's disease are intriguing multidisciplinary phenomena which owing to its non-specific symptoms, unclear aetiology and rising global incidence resemble a considerable challenge for human medicine. Findings of the various publications shed a light on the involvement of the gut microbiota in the inflammatory process. Up to this day, it remains unknown, whether the gut microbiome is, in fact, a trigger of the disease or an important element in the management of the disease state. It is understood that the microbiome is affected by the course of the disease and manifests shifts in its composition, diversity and overall abundancy of the microorganisms. Methanogenic archaea are one of the microbial groups that are severely affected and reduced in their abundance by the inflammatory bowel disease. Although is this unique microbial group is known to the research for a substantial time, a very little number of researchers are focusing on the role of this physiologically and ecologically important microbes in the context of the human gut ecosystem and inflammatory bowel diseases. In order to study these phenomena, the faecal samples of the patients suffering from these diseases, as well as the samples of healthy individuals, were obtained for this study at the University Hospital of Ostrava. In the context of the recent publication, the microbial composition is studied by the means of the sequencing of the desired targets, such as the widely used gene encoding the 16S rRNA subunit. To get a better perspective on this problematics, the common methodology was accompanied by the cultivation experiment and the quantitative real-time PCR analysis of species-specific sequences. The results of these interconnected experiments show the limitations of each method concerning the methanogenic archaea. They enabled us to see the relationship between these and others microorganisms in the context of such severe diseases. Analysis of the obtained data unravelled statistically significant differences in the abundance and composition of methanogenic archaea and other studied colonisations of the human gastrointestinal tract.

Keywords

archea, archeom, idiopatické, střevní, záněty, metanogenní, kvantitativní, real-time, PCR, mikrobiom, kultivace, gastrointestinální, trakt, střevo, nemoc, Methanobrevibacter, smithii, sekvenace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 8. 7. 2020
• Supervisor: doc. Mgr. Monika Vítězová, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Ladislava Bartošová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology