Souvislost mezi koprofágií a skladbou střevního biomu

Bc. Barbora Žolčáková

Diplomová práce

Coprophagy and the composition of the gut microbiota

Anotace:

Gastrointestinální trakt obratlovců je osídlen velkým množstvím různorodých mikro-organismů, které svým působením ovlivňují svého hostitele. Souhrně se tyto mikroorganismy a jejich genetické informace nazývají mikrobiom. Ten je u každého jedince zcela specifický. Stálost střevního mikrobiomu a jeho druhová struktura je pak klíčovým aspektem ke správné funkčnosti organismu a udržení zdraví. Střevní biom lze považovat za samostatný orgán, ovlivňuje totiž fyziologii, výživu i chování svého hostitele. Komunikace probíhá přímo pro-střednictvím cesty nazývané osa střevo – mozek, nepřímo může mikrobiom ovlivnit energe-tickou bilanci hostitele. Vliv má také na endokrinní a imunitní systém. Druhová struktura mi-kroorganismů osidlující gastrointestinální trakt slouží jako podklad k identifikaci zdravého jedince. Koprofágie je pak nežádoucí chování, které se projevuje konzumací výkalů od stej-ného živočišného druhu. Tato práce pracovala s hypotézou, že struktura střevního biomu mů-že mít potencionální vliv na projev koprofágie u psů. Odebráno bylo celkem 18 fekálních vzorků. Vzorky stolice byly posléze rozděleny do dvou skupin v závislosti na výskytu koprofágie u jedince, od něhož pocházely. První skupinu tedy tvořili koprofágní psi a druhá skupina byla kontrolní. Kontrolní skupina psů byla charak-teristická přítomností jedinců nekonzumující výkaly vlastní ani ty od jiných psů. Pomocí mole-kulárních metod a sekvenačních technik došlo k popsání mikroflóry všech osmnácti vzorků. Nejprve proběhla ve spolupráci s majiteli psů samotná kolektivizace fekálních vzorků. Změny v rámci mikrobiálního složení mezi kontrolní a koprofágní skupinou byly analyzovány za vyu-žití polymerázové řetězové reakce (PCR) amplifikující 16S rRNA gen, vyskytující se u všech druhů bakterií. Poté vzorky prošly elektroforézou v denaturačním gradientovém gelu (DGGE), následovala sekvenace vybraných úseků dle Sangera a sekvenování nové generace (NGS). Ze získaných výsledků bylo možné porovnávat diverzifikaci a abundanci jednotlivých bakterií mezi oběma zkoumanými skupinami až na úroveň konkrétních druhů. Poskytnuty nám tak byly podrobné informace o taxonomii a procentuálním zastoupením jednotlivých bakterií v každém vzorku, jež byly klíčové pro konečné srovnávání. Za využití statistických funkcí bylo možné u koprofágní skupiny pozorovat větší mikrobiální rozmanitost co se počtu druhů týče, nicméně druhová vyrovnanost byla vyšší u kontrolní skupiny. Z pohledu bakteriál-ních kmenů byl u koprofágních jedinců větší podíl kmene Bacteroidetes, Fusobacteria a Ver-rucomicrobia, naopak u kontrolní skupiny psů byl zjištěn větší podíl Firmicutes, Proteobacte-ria, Actinobacteria a Epsilonbacteraeota. Poté došlo k porovnání získaných dat se současnými studiemi zaměřující se na změny ve struktuře mikrobiomu v souvislosti se změnami chování.

Abstract:

The gastrointestinal tract of vertebrates is inhabited by a large number of diverse microorganisms that affect their host. Collectively, these microorganisms and their genetic information are generally called a microbiome. It is completely specific to each individual. The stability of the intestinal microbiome and its species structure is the key aspect to the proper functioning of host organism and the maintenance of health. The intestinal microbi-ome can be considered as a separate organ because of its influence on physiology, behavior and nutrition of the host. Communication is directly mediated by a pathway called the gut – brain axis. Indirectly, the microbiome can affect the energy balance of its host. The gut mi-crobiome also affects the endocrine and immune systems. Species structure of microorgan-isms inhabiting the gastrointestinal tract is being used for identification whether the individ-ual is healthy. Coprophagy is an unwanted behaviour which is being shown as consumption of feces of the same species. The main hypothesis of this work is that the intestinal microbi-ome may have a potential effect on the manifestation of coprophagy in dogs. There were exactly eighteen fecal samples obtained. The samples were later distrib-uted into two separate groups depending on the occurrence of coprophagy of each individu-al. First group was made of coprophagy dogs. The second one was control. The control group was characteristic for fecal non-consuming individuals. Microflora of all eighteen samples was described by use of molecular methods and sequencing techniques. At first, fresh fecal samples were collected in cooperation with dog owners. Changes in microbial composition between the coprophagic and non-coprophagic dogs were analyzed by use of polymerase chain reaction (PCR) amplifying the 16S rRNA gene found in all bacterial species. Later, all samples were electrophoresed in denaturized gradient gel (DGGE), followed by sequencing of selected DNA fragments according to Sanger and Next generation sequencing (NGS). When the results were obtained, it was finally possible to compare the diversification and abundance of each individual bacterial species between the two examined groups up to the level of specific species. Detailed information of taxonomy and percentage of individual bacteria in each sample were obtained, which was the key to the final comparison. Using statistical functions there was greater microbial diversity in terms of number of species in coprophagic group. However, species evenness was higher in the control group. At the phy-lum level, coprophagic group has had larger proportion of Bacteroidetes, Fusobacteria and Verrucomicrobia. On the other hand, higher abundance of phylum Firmicutes, Proteobacte-ria, Actinobacteria and Epsilonbacteraeota was found in control group. The obtained data were later compared to current studies which were focused on changes in the structure of microbiome in relation to behavioral changes.

Klíčová slova

Mikrobiom, Korpofágie, Canis familiaris, Molekulární metody, Sekvenování DNA

Keywords

Microbiome, Coprophagy, Canis familiaris, molecular methods, DNA sequencing

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Milena Santariová, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Zootechnika / Zájmové chovy zvířat