Význam probiotik v prevenci a terapii ulcerózní kolitidy v myším experimentálním modelu

Barbora Draboňová

Bachelor's thesis

Probiotics in the prevention and therapy of ulcerative colitis in mouse experimental model

Abstract:

Ulcerózní kolitida (UC) je chronické, recidivující zánětlivé onemocnění střeva. Spolu s Crohnovou chorobou se řadí mezi idiopatické střevní záněty (Inflammatory Bowel Disease IBD). Jedná se o civilizační choroby vyskytující se často ve vyspělých zemích. Patogeneze tohoto onemocnění není ještě zcela objasněna. Je ale zřejmé, že u pacientů s UC dochází ke změnám ve střevní mikrobiotě, hlavně ke snížení bakteriální diverzity. V důsledku toho pak dochází k tzv. dysbióze, při které dochází k selhání funkce střevní bariéry a zvýšené stimulaci imunitních buněk lamina propria antigeny střevního obsahu, což vede k nepřiměřené imunitní odpovědi. Jednou z možných cest, jak tento zdravotní stav vylepšit, je užívání prebiotik a probiotik.Cílem této práce bylo v literární části vytvořit přehled o vlivu probiotických bakterií na prevenci a léčbu UC a přehled experimentálních myších modelů, které se používají při studiu UC. Zajímala jsem se o funkci střevního epitelu se zaměřením na těsné spoje, jejichž funkce je spojena s propustností střeva, a které jsou narušeny při UC. V experimentální části byl sledován profylaktický účinek probiotické bakterie E. coli Nissle 1917 u monoasociovaných a reasociovaných myší kmene BALB/c. Cílem studie bylo zhodnotit vliv probiotické bakterie E. coli Nissle 1917 a uropatogenní bakterie E. coli O6K13 na vývoj střevního zánětu v experimentálním modelu akutní kolitidy vyvolaném podáním DSS. Myši byly neonatálně osazeny bakterií E. coli Nissle 1917 nebo bakterií E. coli O6K13 a poté reasociovány E. coli O6K13 nebo E. coli Nissle 1917. Akutní UC jsme u zvířat vyvolali podáváním 2,5 % dextransulfátu sodného (DSS) v pitné vodě po dobu 7 dnů. Výsledky jsme hodnotili pomocí histologické metody, kde jsme stupeň zánětu u jednotlivých skupin hodnotili podle Cooper et al. (1993). Zdravá kontrola byly myši neonatálně osazené E. coli Nissle 1917 a poté reasociovány E. coli O6K13 bez podávání DSS. Kontrolní skupina s indukovaným zánětem střeva byla konvenční zvířata, která po sedmidenním podávání DSS vykazovala příznaky těžkého zánětu hodnoceného stupněm 4. U bezmikrobních myší s DSS byl stupeň zánětu 1,6. Myši neonatálně osazené E. coli Nissle 1917 a poté reasociovány E. coli O6K13 zůstaly po dobu podávání DSS zdravé, bez příznaků těžkého střevního zánětu. Stupeň zánětu dle Cooper et al. (1993) jsme hodnotili 0,8. U skupiny myší neonatálně osazených E. coli O6K13 a reasociovaných E. coli Nissle 1917 byl DSS - indukovaný zánět hodnocen 2,3. Imunohistochemicky jsme hodnotili protein těsných spojů zonula occludens (ZO – 1). ZO – 1, který je znám jako fyziologický mediátor regulující střevní propustnost. U skupiny myší monoasociovaných E. coli Nissle 1917 a poté reasociovaných E. coli O6K13 po sedmidenním podání DSS jsme detekovali zachovalou strukturu proteinu. U myší monoasociovaných E. coli O6K13 a poté reasociovaných E. coli Nissle 1917 po DSS vyvolaném zánětu, byl ZO – 1 snížen.Dokázali jsme, že časná kolonizace myší bakterií E. coli Nissle 1917 ochránila myši před vznikem střevního zánětu v experimentálním modelu akutní kolitidy a že tato bakterie má probiotické účinky.

Abstract:

Ulcerative colitis (UC) is a chronic, recurrent, inflammatory disease of intestine. Together with Crohn's disease UC belongs to Inflammatory Bowel Diseases (IBD). These are lifestyle-related civilisation diseases that occur in highly developed countries. Pathogenesis of UC is still unknown. UC patients show changes in the intestinal microbiota and the bacterial diversity is reduced. As a result bacterial dysbiosis occurs in the intestinal tract. Disruptions in the microbiome composition and exposing lamina propria immune cells to intestinal content lead to inappropriate immune response. Probiotics and prebiotics are seen as one of the ways to prevent/improve this inflammatory condition.In the literal part of the work the main aim was 1) creating an overview of published literature about the influence of probiotics bacteria on prevention and treatment UC and 2) summary of experimental mouse UC models. Specific emphasis was put on the function of the intestinal epithelium, especially on the tight junctions. Tight junctions regulate the paracellular permeability of intestinal epithelial cells and their function is disrupted in UC.In the experimental part we tested the prophylactic effect of probiotic bacteria E. coli Nissle 1917 in mono-associated and reassociated BALB/c mice. We evaluated the influence of probiotic bacteria E. coli Nissle 1917 and uropathogenic bacteria E. coli O6K13 on development of intestinal inflammation in the experimental mouse model of acute colitis induced by dextran sulphate sodium (DSS). Mice were neonatally colonized by bacteria E. coli Nissle 1917 or bacteria E. coli O6K13 and then they were reassociated by E. coli O6K13 or E. coli Nissle 1917. We induced the acute UC by administrating DSS in drinking water for 7 days. For scoring of the inflammatory changes, we used methodology developed by Cooper et al. (1993). Mice neonataly colonized by E. coli Nissle 1917 and then reassociated by E. coli O6K13 were healthy controls. The CV-DSS mice were the positive control group. After the 7-day of DSS treatment the CV mice showed signs of heavy inflammation that we evaluated by the grade 4. The DSS-treated germ-free animals had the inflammation grade 1.6. The group of mice that were neonatally associated by bacteria E. coli Nissle 1917 and then reassociated by E. coli O6K13, stayed healthy during the experiment without the symptoms of severe intestinal inflammation – the grade of inflammation was 0.8. The group of mice that were neonatally associated by bacteria E. coli O6K13and then reassociated by E. coli Nissle 1917 developed more severe inflammation with the score 2.3. We evaluated tight junction forming proteins zonula occludens (ZO – 1), known for controlling intestinal paracellular permeability, using immunohistochemistry. The structure of ZO-1 was preserved in the group of mono associated E. coli Nissle 1917 mice and then reassociated E. coli O6K13 mice. On the other hand, production of ZO – 1 was reduced in the group of mice mono associated with E. coli O6K13 and then reassociated E. coli Nissle 1917. We showed that bacteria E. coli Nissle 1917 protected the mice against intestinal inflammation in the experimental mouse model of acute colitis and that the bacteria have probiotic effects.

Keywords

nespecifické střevní záněty, gnotobiotický myší modely, dextransulfátový model kolitidy, Escherichia coli Nissle 1917, Escherichia coli O6K13, Probiotika

Keywords

Escherichia coli Nissle 1917, probiotics, non-specific inflammatory bowel disease, gnotobiotic mouse models, dextran sulphate model of colitis, Escherichia coli O6K13

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Eva Vlková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Animal Science / Companion Animals