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Persisting Microbiota and Neuronal Imbalance Following T. gondii Infection Reliant on the Infection Route
No full textToxoplasma gondii is a highly successful parasite capable of infecting all warm-blooded animals. The natural way of infection in intermediate hosts is the oral ingestion of parasite-contaminated water or food. In murine experimental models, oral infection (p.o.) of mice with T. gondii is applied to investigate mucosal and peripheral immune cell dynamics, whereas intraperitoneal infection (i.p.) is frequently used to study peripheral inflammation as well as immune cell – neuronal interaction in the central nervous system (CNS). However, the two infection routes have not yet been systematically compared along the course of infection. Here, C57BL/6 mice were infected p.o. or i.p. with a low dose of T. gondii cysts, and the acute and chronic stages of infection were compared. A more severe course of infection was detected following i.p. challenge, characterized by an increased weight loss and marked expression of proinflammatory cytokines particularly in the CNS during the chronic stage. The elevated proinflammatory cytokine expression in the ileum was more prominent after p.o. challenge that continued following the acute phase in both i.p. or p.o. infected mice. This resulted in sustained microbial dysbiosis, especially after p.o. challenge, highlighted by increased abundance of pathobionts from the phyla proteobacteria and a reduction of beneficial commensal species. Further, we revealed that in the CNS of i.p. infected mice CD4 and CD8 T cells displayed higher IFNγ production in the chronic stage. This corresponded with an increased expression of C1q and CD68 in the CNS and reduced expression of genes involved in neuronal signal transmission. Neuroinflammation-associated synaptic alterations, especially PSD-95, VGLUT, and EAAT2 expression, were more pronounced in the cortex upon i.p. infection highlighting the profound interplay between peripheral inflammation and CNS homeostasis
Untersuchung der immunmodulatorischen Wirkungen von gewebegebundenen Mikroben auf die Fitness des Wirts während der Homöostase oder Störung
Get PDFThe microbiota in the gastrointestinal tract (GIT) encompasses diverse populations of bacteria, archaea and fungi, which have co-evolved with the host and maintain a mutually beneficial relationship in healthy individuals. Gut microbes, especially the ones that colonize the epithelial barrier of the intestine, exhibited controversial effects on host fitness during homeostasis or perturbation. Hence, it is important to investigate the complex microbe–host and microbe–microbe interactions at the epithelial layer under distinct conditions or in host with different genetic background. In particular, how do mucosa-associated microbes regulate the microbial composition and metabolome environment at the specific niche, and their immunomodulatory effects on immune cell development and functionality. In this thesis we demonstrated that mucosa-associated Helicobacter spp. enhanced host resistance to Citrobacter rodentium (C. rodentium) infection, and attenuated C. rodentium derived disrupted epithelial layer and colon inflammation not only in immune-competent mice but also in immune-deficient mice. In addition, Helicobacter colonization significantly decreased the virulence gene expression and Type III secretion system (T3SS) assembly of C. rodentium at the epithelial layer. Our findings emphasize that intimate C. rodentiumepithelial contact plays a fundamental role in C. rodentium pathogenesis and determines host response and resistance. This study may provide novel insights to develop therapeutic approaches or targets against human colitis induced by enteric pathogens. In the second project, we observed that tissue attached segmented filamentous bacteria (SFB) derived Th17 appear to be a heterogeneous population with the capacity of converting into diverse Th17 cell subsets. Single-cell RNA sequencing and TCR sequencing unveiled the association of specific TCR clonotypes and Th17 fate decision. Our data brings new insights on how to regulate the appropriate fate of microbiota dependent Th17 and restore homeostatic function during disease states. In summary, the intimate contact between microbes and host epithelial layer are critical for pathogens to establish their niche and shed to the lumen, and also essential for T cell fate decision and the maintenance of their phenotype. Further studies are highly demanded to develop targeted treatment towards mucosa-associated bacteria, thus enhance host fitness against intestinal or systemic diseases.Die Darmmikrobiota besteht aus komplexen Gemeinschaften von Bakterien, Archaeen und Pilzen, die mit dem Immunsystem des Wirtes wechselwirken und somit von zentraler Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Gesundheit sind. Insbesondere solche Darmbakterien, die das Darmepithel besiedeln, können sowohl symbiotische als auch negative Effekte unter unterschiedlichen Bedingungen aufweisen. Daher ist es besonders wichtig die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Wirt als auch unterschiedlichen Bakterien, die das Darmepithel besiedeln, näher zu untersuchen. Insbesondere soll untersucht werden, wie Mucus-assoziierte Bakterien die gesamte Mikrobiota sowie die Metabolit-Zusammensetzung in ihrer spezifischen Nische beeinflussen, und welchen Einfluss diese Bakterien auf die Entwicklung und Funktionalität von Immunzellen haben. In ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Helicobacter spp. den Schutz gegen den Infektionserreger Citrobacter rodentium (C. rodentium) erhöhen indem sie die Schädigung des Darmepithels und die Darmentzündung in immun-kompetenten und immun-supprimierten Mäusen abmildern. Zusätzlich führte die Besiedelung mit Helicobacter spp. zu einer signifikanten Reduktion der Expression von Virulenz Genen und des Typ- 3 Sekretions System (T3SS) von C. rodentium an der Epithelschicht des Darmes. Der enge Zellkontaktes von C. rodentium mit dem Wirtsepithel hat somit eine fundamentale Rolle bei der Infektion, welche die Art der Immunantwort und die Anfälligkeit des Wirtes bestimmt. Diese Arbeit gibt neue Einblicke in den Ablauf von Infektionen und kann für die Entwicklung von Therapieoptionen neue Ansätze bieten. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Gewebe-assoziierte segmentierte, filamentöse Bakterien (SFB) heterogene Th17 Zellen induzieren, welche die Kapazität haben in Tr1-Th17, Th1-Th17, Th1ExTh17, und Tscm-Th17 Zellen zu konvertieren und dass die SFB Antigen Dichte für einer wirksamen IL-17A Expression verantwortlich ist. Des Weiteren konnte mittels „Single-Cell“ RNA Sequenzierung und TCR Sequenzierung die Assoziation von spezifischen TCR Klonotypen mit dem resultierenden Th17 Schicksal entschlüsselt werden. Diese Daten geben neue Einblicke in die Regulation von Mikrobiota-abhängigem Th17 und seiner Funktion zur Wiederherstellung der Homöostase während unterschiedlichen Krankheitsstadien. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der enge Kontakt von Pathogenen mit dem Darmepithel notwendig ist, um sich im Darm zu etablieren und im Lumen auszubreiten. Gleichzeitig sind kommensale, Epithel-assoziierte Bakterien essentiell, um das Schicksal von T-Zell Populationen zu bestimmen und aufrecht zu erhalten. Weitere Studien in diesem Bereich werden benötigt, um zielgerichtete Therapien gegen Gewebe-assoziierte Pathogene zu entwickeln und die systemische Verbreitung dieser Krankheitserreger zu verhindern
Dekolonisierung des Darms von multiresistenten Bakterien durch das Mikrobiom
Get PDFThe WHO has declared the fight against multi-drug resistant Enterobacteriaceae (MDR-E) a high priority due to the continuously increasing prevalence of MDR-E. Despite many efforts, treatment options for infections with MDR bacteria are still limited and the search for preventive measures has been further intensified. Colonization of the human gut with MDR-E, including MDR E. coli, causes an increased risk of infection and spread to the surrounding environment, which is particularly problematic in the healthcare setting. As a complex microbiota can promote colonization resistance (CR) against invading pathogens and protect against the initial colonization of intestinal pathogens, selective decolonization of MDR-E by probiotics could be an approach to lower the MDR-E burden and thus qualify as an alternative treatment option. In order to find promising probiotic candidates intended for use in humans, first, a resource of a commensal strain collection of E. coli (n=439) originating from fecal samples of healthy donors was assembled. Next, each member of the strain collection was co-cultured with an MDR E. coli strain in vitro, allowing assessment of their competitive potential. Strikingly, commensal E. coli strains displayed up to 1000-fold different competitive effects. Subsequently, the competitive effects of selected commensal strains were assessed in a mouse model. Selected protective strains promote gut decolonization of the MDR E. coli strain in 80 % of the tested mice, both preventively and therapeutically. By performing colonization experiments of a protective E. coli strain and MDR E. coli in gnotobiotic mice together with the analysis of microbiota in mice with different MDR E. coli clearance kinetics, we could demonstrate that the microbial context plays an essential role in the intra-species competition. As previous studies have demonstrated the importance of competition for carbohydrates between commensal and MDR Enterobacteriaceae for CR, we analyzed the competition for specific carbohydrates in vitro and identified several candidates. Moreover, by supplying sugars preferably utilized by MDR E. coli, clearance in mice could be delayed. Gene targeting and loss-of-function analysis allowed us to show that the two strains are competing for D-mannose. Finally, through a combination of the candidate probiotic strain with another bacterium, previously shown to compete with other MDR-E species, we could demonstrate that further limiting the metabolic niche of MDR-E extends the spectrum of successfully displaced MDR-E bacterial species and strains. Altogether, these results provide valuable insights into how nutrient competition can be utilized to displace MDR-E from the gut and use this knowledge for the development of alternative treatment options in the fight against MDR-E.Die WHO hat den Kampf gegen multiresistente Enterobacteriaceae (MDR-E) zu einer hohen Priorität erklärt, da ihre Prävalenz ständig zunimmt. Trotz vieler Bemühungen sind derzeit die Behandlungsmöglichkeiten für Infektionen mit MDR-Bakterien noch sehr begrenzt, weswegen die Suche sich weiter intensiviert hat. Die Besiedlung des menschlichen Darms mit MDR-E, u.a. MDR E. coli, führt zu einem erhöhten Infektionsrisiko des Individuums und einer erhöhten Verbreitung in der Umgebung, was in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen besonders problematisch ist. Eine selektive Dekolonisierung von MDR-E durch Probiotika stellt einen neuartigen Ansatz zur Verringerung der MDR-E-Belastung dar und könnte eine alternative Behandlungsoption bieten. Um vielversprechende Probiotika-Kandidaten für den Einsatz beim Menschen zu finden, wurde zunächst eine Sammlung kommensaler E. coli Stämme (n=439) aus Stuhlproben gesunder Spender, erstellt. Anschließend wurde ein MDR E. coli Stamm mit jedem Mitglied der Stammsammlung in vitro kultiviert. Die E. coli Stämme zeigten unterschiedlich starke kompetitive Effekte, die sich bis um den Faktor 1000 unterscheiden. Anschließend wurde die schützende Wirkung ausgewählter kommensaler Stämme in einem Mausmodell untersucht. Ausgewählte Stämme mit kompetitiven Eigenschaften konnten den MDR E. coli Stamm in 80 % der getesteten Mäuse verdrängen, sowohl präventiv als auch therapeutisch. Durch Besiedlungsexperimente mit einem schützenden E. coli und einem MDR E. coli Stamm in gnotobiotischen Mäusen und der Mikrobiom-Analyse von Mäusen mit unterschiedlicher MDR E. coli Verdrängungskinetik, konnten wir zeigen, dass der mikrobielle Kontext eine wesentliche Rolle bei der Konkurrenz zwischen den Stämmen spielt. Da Studien die große Bedeutung der Konkurrenz um spezifische Zuckerquellen zwischen kommensalen und MDR Enterobacteriaceae gezeigt haben, haben wir die Konkurrenz um spezifische Kohlenhydrate in vitro analysiert. Darüber hinaus konnte durch die Zufuhr von Zuckern, die vorzugsweise vom MDR E. coli verwertet werden, die schützende Wirkung in Mäusen herabgesetzt werden. Durch „Gen-Targeting“ und „Loss-of-Function“- Analyse konnten wir zeigen, dass die beiden Stämme um D-Mannose konkurrieren. Durch die Kombination des probiotischen Stamms mit einem anderen Bakterium, das mit anderen MDR-E-Spezies konkurriert, konnten wir zeigen, dass eine weitere Einschränkung der metabolischen Nische das Spektrum der Schutzwirkung auf andere MDR-E erweitert. Insgesamt liefern diese Ergebnisse wertvolle Erkenntnisse darüber, wie die Konkurrenz zwischen Enterobacteriaceae genutzt werden kann, um MDR-E aus dem Darm zu verdrängen und dieses Wissen für die Entwicklung alternativer Behandlungsmöglichkeiten im Kampf gegen MDR-E zu nutzen
Abbau des Mikrobioms zur Modulation der Wirtsabwehr gegen Clostridioides difficile-Infektionen
Get PDFThe intestinal microbiota consists of numerous microbes forming a dynamic ecosystem in close association with the host. One of the many functions of the microbiota is the colonization resistance against intestinal pathogens. Alterations in the composition of the microbiota, for example caused by antibiotics, may cause the loss of colonization resistance, making the host vulnerable towards infections, e.g. with Clostridioides difficile. C. difficile is a spore-forming anaerobic bacterium which can cause severe diarrhea and life-threatening complications in infected individuals. In many developed countries, C. difficile infection is a major cause of antibiotic-related nosocomial infections. The disease affects mostly elderly individuals. Antibiotics are the standard treatment, however, up to 30% of the patients are suffering from recurrent C. difficile infections. Transfer of fecal matter from a healthy individual to the patient is able to cure these infections. Recent studies have demonstrated that the conversion of primary to secondary bile acids by commensal bacteria is important for colonization resistance, but further evidence suggested that the restoration of the secondary bile acid production may not be sufficient for complete protection. In the present study, the effect of the microbiota on C. difficile infection has been explored. Therefore, a C. difficile mouse model has been established initially by exploring the effect of different ages and microbiota compositions on the severity of C. difficile infections. Second, the effect of specific mutations in the genome of C. difficile on the ability to colonize mice and to produce spores has been examined. Third, the inhibitory effect of specifically isolated commensal bacteria of the microbiota of resistant mouse models on C. difficile infections has been explored in depth in order to create a consortium of bacteria that protects the host against C. difficile. Our findings confirm that the age of the mice, comparable as in humans, is important for the severity of the disease of mice. They also confirm that secondary bile acids are indeed important to protect the host against C. difficile infections. However, in our model, adding a secondary bile acid producer to the microbiota is not sufficient for complete protection of the mice, but together with other commensal bacteria, secondary bile acid producing bacteria are able to provide complete resistance against C. difficile induced pathogenesis.Die intestinale Mikrobiota bezeichnet ein komplexes Ökosystem aus zahlreichen Mikroorganismen, welches in enger Verbindung mit dem Wirt steht. Eine Hauptfunktion der Mikrobiota stellt die Besiedelungsresistenz gegen intestinale Pathogene dar. Veränderungen in der Zusammensetzung kann zum Verlust der Besiedelungsresistenz führen und den Wirt anfällig für Infektionen, mit z.B. Clostridioides difficile machen. C. difficile ist ein sporenbildendes, anaerobes Bakterium, welches besonders in immunsupprimierten und älteren Individuen schwere Durchfälle, bis hin zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen kann. In Industrieländern ist C. difficile der häufigste Erreger nosokomialer und Antibiotika- assoziierter Durchfallerkrankungen. Nach Standardtherapie mit Antibiotika leiden bis zu 30% der Patienten an wiederkehrenden C. difficile Infektionen. Eine wirkungsvolle Alternativbehandlung stellen Stuhltransfers dar, bei der Bakterien gesunder Person auf den Patienten übertragen werden. Studien haben belegt, dass die Umwandlung von primären zu sekundären Gallensäuren durch spezifische Bakterien ein wichtiger Faktor für die Besiedelungsresistenz gegen C. difficile darstellt, dieser allein aber nicht ausreichend ist, um einen kompletten Schutz gegen Infektionen mit diesem Pathogen zu erreichen. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Mikrobiota bei C. difficile Infektionen näher untersucht. Im ersten Schritt wurden Mäuse in unterschiedlichem Alter und mit verschiedenen Mikrobiota-Zusammensetzungen hinsichtlich ihrer Anfälligkeit gegenüber C. difficile verglichen. Im zweiten Schritt, wurden spezifische C. difficile Mutanten auf ihre Besiedelungsfähigkeit und Sporenproduktion hin bewertet. Im letzten Schritt, wurden verschiedene kommensale Bakterien aus der Mikrobiota resistenter Mäuse isoliert und ihre potentiell protektiven Eigenschaften gegenüber C. difficile getestet, um ein spezifisches Konsortium schützender Bakterien gegen Infektionen mit C. difficile zu entwickeln. Die Ergebnisse dieser Studie konnten zeigen, dass vergleichbar zum Menschen das Alter der Mäuse und die Fähigkeit sekundäre Gallensäuren zu produzieren wichtige Einflussfaktoren für die Anfälligkeit gegen C. difficile Infektionen sind. In anfälligen Mäusen war die alleinige Gabe von Gallensäure produzierenden Bakterien nicht ausreichend, jedoch konnte durch die zusätzliche Gabe weiterer kommensaler Bakterien ein dauerhafter und kompletter Schutz vor C. difficile induzierter Pathogenese erreicht werden
Einfluss der Kohlenhydratverfügbarkeit auf die mikrobielle Konkurrenz im Darm
Get PDFA diverse gastrointestinal microbiota contributes to protecting our body from pathogens, a phenomenon called colonization resistance (CR). Diverse medical interventions, e.g., antibiotic treatment, disrupt CR by affecting the microbiota, which in turn promotes the blooming of multidrug-resistant (MDR) pathogens - like Klebsiella pneumoniae in the gut. Selective decolonization of MDR pathogens with little effect on the microbiome overall would be an ideal approach to spare patients from long-term adverse effects associated with excessive antibiotic treatments. Currently, probiotic interventions are investigated to achieve this goal. The understanding of the underlying mechanisms of decolonization, e.g., the competition for specific niches is important for the rational selection of the next generation of probiotics. Since humans consume diverse diets, it is of particular interest to understand to which degree the host diet influences the efficacy of probiotics. We previously reported that strains of Klebsiella oxytoca, isolated from healthy human donors, are capable of decolonization of K. pneumoniae in mouse models. A CRISPR-Cas9 mediated gene deletion/complementation tool was developed to detect loss of decolonization potential by K. oxytoca mutant strains. The membrane transporter-encoding gene casA was identified to contribute to decolonization of K. pneumoniae through effective utilization of beta-glucosides as carbon sources in the gut of mice fed a standard chow diet. Since the host´s dietary choices massively shape carbohydrate availability in the gut, we next sought to investigate decolonization dynamics in mice fed one of three semi-synthetic diets (low-fat, high-fat/high-sucrose, high sucrose) compared to chow diet. We found that K. oxytoca maintains comparable colonization throughout the experiment on all three semi-synthetic diets demonstrating its ability to adapt to the different environments. Furthermore, K. oxytoca significantly reduced K. pneumoniae colonization in mice fed with the different diets, although decolonization is delayed on high-fat diet and clearance is observed in later time points. Longitudinal 16S rRNA gene amplicon sequencing revealed diet-specific compositional changes in the gut microbiome, including expansions of potential pathobiont taxa post-antibiotic treatment in all semi-synthetic diets. We show that microbiome recovery after ampicillin-treatment is most delayed and impaired under high-fat/high sucrose diet, and is dominated by Enterococcus blooming possibly allowing K. pneumoniae persistence. Overall, we investigated the effect of dietary background on the decolonization capability of K. oxytoca, to reflect conditions present in humans consuming diverse Western-style diets. Our results provide valuable insights into the mechanism and kinetics of decolonization of multidrug-resistant K. pneumoniae from the gut, which is an important step towards deciphering the impact of potential probiotic use in humans.Eine vielfältige gastrointestinale Mikrobiota trägt zum Schutz unseres Körpers vor eindringenden Krankheitserregern bei, einem Phänomen, das als Kolonisationsresistenz (CR) bezeichnet wird. Diverse medizinische Interventionen, einschließlich etwa der Antibiotikabehandlung können das Gleichgewicht des Mikrobioms stören und dadurch das Wachstum von multiresistenten (MDR) Krankheitserregern wie Klebsiella pneumoniae im Darm begünstigen. Die selektive Dekolonisierung von MDR-Erregern mit geringer Auswirkung auf das Gesamt-Mikrobiom wäre ein idealer Ansatz, die langfristigen Schäden einer übermäßigen Antibiotikabehandlung bei Patienten zu vermeiden. Derzeit wird die Anwendung eben solcher probiotischen Interventionen erforscht, wobei ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen wie der Konkurrenz um spezifische ökologische Nischen von entscheidender Bedeutung ist, eine rationale Auswahl neuer Probiotika-Generationen zu ermöglichen. Besonders interessant ist in diesem Kontext ebenfalls die Untersuchung des Einflusses individueller Ernährungsgewohnheiten auf die Effektivität von Probiotika. In vorherigen Studien unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, das Klebsiella oxytoca-Stämme von gesunden menschlichen Spendern K. pneumoniae in Mausmodellen erfolgreich dekolonisieren können. Ein CRISPR-Cas9-vermitteltes Gen-Deletions-/Komplementierungstool wurde entwickelt, um den Verlust des Dekolonisierungspotentials durch K. oxytoca-Mutantenstämme zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das für den Membrantransporter kodierende Gen casA zur Dekolonisierung von K. pneumoniae beiträgt, indem es β-Glucoside als Kohlenstoffquellen im Darm von Mäusen verwertet, die Standardfutter erhalten. Da die Ernährungsgewohnheiten des Wirts die Kohlenhydratverfügbarkeit im Darm massiv beeinflussen, untersuchten wir als nächstes, die Dekolonisierungsdynamik bei Mäusen, die im Vergleich zur Standard Chow Diät mit einer von drei halbsynthetischen Diäten (fettarm, fettreich/saccharosereich, saccharosereich) gefüttert wurden. Wir konnten zeigen, dass K. oxytoca während des gesamten Experiments unter allen drei halbsynthetischen Diäten eine vergleichbare Kolonisierung aufrechterhielt, was seine Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umgebungen verdeutlicht. Darüber hinaus reduzierte K. oxytoca die Kolonisierung von K. pneumoniae in Mäusen, die mit den verschiedenen Diäten gefüttert wurden, signifikant, obwohl sich die Dekolonisierung bei fettreicher Ernährung verzögert und die Clearance zu späteren Zeitpunkten beobachtet wird. Zusätzlich zeigte die longitudinale 16S rRNA-Gen-Amplikon-Sequenzierung ernährungsspezifische Veränderungen in der Zusammensetzung des Darmmikrobioms, einschließlich der Ausbreitung potenzieller pathobionter Taxa nach einer Antibiotikabehandlung in allen halbsynthetischen Diäten. Weiterhin konnten wir zeigen, dass die Regeneration des Mikrobioms nach einer Ampicillin-Behandlung bei einer fett- und zuckerreichen Ernährung stark verzögert und beeinträchtigt ist und von einer Enterokokkenblüte dominiert wird, die möglicherweise eine Persistenz von K. pneumoniae ermöglicht. Zusammenfassend wurden die Auswirkungen des Ernährungsverhaltens auf die Dekolonisierungsfähigkeit von K. oxytoca untersucht, um so die Wechselbeziehungen zwischen verschiedenen westlichen Ernährungsstilen und der Darmmikrobiota zu erfassen. Diese Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke in den Mechanismus und die Kinetik der Dekolonisierung multiresistenter K. pneumoniae aus dem Darm, was einen wichtigen Schritt zur Aufklärung hinsichtlich potenzieller Auswirkungen einer probiotischen Behandlung beim Menschen darstellt
Untersuchung des Einflusses der Darmmikrobiota auf Krankheitsentstehung und Behandlungserfolg verschiedener rheumatischer Erkrankungen
Get PDFRheumatic diseases encompass multiple distinct disorders and affect millions of people worldwide. Rheumatic diseases represent a significant burden for the society and are expected to increase in the coming years due to demographic aging, increasing obesity in the population and other risk factors. It is therefore crucial to develop effective strategies for managing these diseases. Substantial advances in understanding the pathophysiology of rheumatic diseases have been made during the last years. However, the major challenge in the field of rheumatology remains the identification of disease etiology and risk factors as well as reliable biomarkers, which facilitate disease diagnosis and more effective, personalized treatment strategies. In recent years, there is emerging evidence for a contribution of the intestinal microbiota to the development of rheumatic diseases. Several studies have linked alterations in the microbial composition to specific rheumatic diseases. In particular, the species Prevotella copri has been associated with the occurrence of rheumatoid arthritis (RA) and has been attributed to possess RA-specific immunostimulatory properties. Yet, whether P. copri is actively involved in RA disease development remains unclear. A detailed characterization of the arthritogenic potential of the P. copri species complex has been limited due to the lack of P. copri strain availability in public collections. In the present work, I established a strain collection comprising multiple genetically distinct isolates from the P. copri species complex by performing targeted isolation from human fecal samples. Using several of the novel isolates, I evaluated their ability to provoke immune responses in the serum of patients with new onset of distinct rheumatic diseases as well as in individuals at risk for developing RA. The results revealed antibody responses to be similar between rheumatic patient and control groups, which suggested P. copri to not have a particular role in rheumatic diseases. Nonetheless, the distinct P. copri isolates were identified to have different immunogenic capacities, which highlighted the wide variability in the overall functional abilities of the species complex. Furthermore, the microbial community structure during disease onset of distinct rheumatic disorders was analyzed using a combination of 16S rRNA gene and metagenomic sequencing. In addition, metagenomic sequencing was applied to assess taxonomic and functional variations in the gut microbiota associated with response to the common anti-rheumatic drug methotrexate (MTX). Our findings revealed a reduction of bacteria producing short chain fatty acids (SCFAs) in new-onset axial spondyloarthritis (axSpA) patients as well as in psoriatic arthritis (PsA) patients with insufficient MTX treatment response. This suggested a beneficial impact of SCFAs and SCFA-producing bacteria in rheumatic diseases. In addition to assessing the bacterial community structure in the gut during disease onset, I performed IgA sequencing to identify bacterial communities actively targeted by IgA in the intestine of new onset rheumatic disease patients. This especially demonstrated patients newly diagnosed with axSpA, PsA and reactive arthritis (ReA) to possess similar IgA-coating profiles, which strikingly differed from RA and non-rheumatic disease (NRD) patients. Altogether, the here performed analyses of microbial compositions during disease onset and treatment of distinct rheumatic diseases together with the investigation of interactions between microbial communities and the immune system of rheumatic patients advances our understanding about the role of gut bacteria in the pathogenesis of rheumatic disorders.Rheumatische Erkrankungen umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Krankheiten und betreffen Millionen von Menschen weltweit. Rheumatische Erkrankungen stellen eine große Belastung für die Gesellschaft dar, und es wird erwartet, dass sie in den kommenden Jahren aufgrund von demografischer Alterung, zunehmendem Übergewicht der Bevölkerung und anderen Risikofaktoren zunehmen wird. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, wirksame Strategien für die Behandlung dieser Krankheiten zu entwickeln. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte im Verständnis der Krankheitsentstehung rheumatischer Erkrankungen erzielt. Die größte Herausforderung auf dem Gebiet der Rheumatologie ist jedoch nach wie vor die Identifizierung von Krankheitsursachen und Risikofaktoren sowie von zuverlässigen Biomarkern, die eine Krankheitsdiagnose und wirksamere, personalisierte Behandlungsstrategien ermöglichen. Seit einiger Zeit mehren sich die Hinweise, dass die Darmmikrobiota zur Entstehung rheumatischer Erkrankungen beiträgt. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Veränderungen in der mikrobiellen Zusammensetzung mit bestimmten rheumatischen Erkrankungen einhergehen. Insbesondere wird die Spezies Prevotella copri mit dem Auftreten von Rheumatoider Arthritis (RA) in Verbindung gebracht und ihr RA-spezifische, immunstimulierende Eigenschaften zugeschrieben. Ob P. copri jedoch aktiv an der Entstehung von RA beteiligt ist, ist bisher unklar. Eine detaillierte Charakterisierung des arthritogenen Potenzials des P. copri-Arten-Komplexes war bisher nur begrenzt möglich, da lediglich wenige P. copri-Stämme in öffentlichen Sammlungen verfügbar waren. In der vorliegenden Arbeit wurde durch gezielte Isolierung aus humanen Stuhlproben eine P. copri-Stammsammlung erstellt, die mehrere, genetisch unterschiedliche Isolate aus dem P. copri-Arten-Komplex umfasst. Durch die Verwendung einiger dieser neuen Isolate wurde deren Fähigkeit zur Stimulierung von Immunreaktionen im Serum von Patienten mit neu diagnostizierten rheumatischen Erkrankungen sowie bei Personen mit einem Risiko für die Entwicklung von RA untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Antikörperreaktionen zwischen Patienten- und Kontrollgruppen ähnlich ausfallen, was darauf hindeutet, dass P. copri keine spezifische Rolle in rheumatischen Erkrankungen einnimmt. Allerdings wurde gezeigt, dass die verschiedenen P. copri-Isolate unterschiedliche immunogene Fähigkeiten besitzen, was die große Variabilität im funktionellen Potential des Arten-Komplexes verdeutlicht. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Darm während des Krankheitsausbruchs verschiedener rheumatischer Erkrankungen mittels einer Kombination aus 16S rRNA-Gen- und Metagenom-Sequenzierung analysiert. Metagenomische Sequenzierung wurde zudem verwendet, um taxonomische und funktionelle Variationen in der Darmmikrobiota im Zusammenhang mit dem Ansprechen auf das Antirheumatikum Methotrexat zu bewerten. Wir konnten zeigen, dass neu-diagnostizierte Patienten mit axialer Spondyloarthritis (axSpA) sowie Psoriasis-Arthritis-Patienten (PsA), die nicht auf MTX-Behandlung ansprechen, eine Verringerung von Bakterien, die kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) produzieren, vorweisen. Dies lässt auf eine positive Wirkung von SCFAs und SCFA-produzierenden Bakterien bei rheumatischen Erkrankungen schließen. In dieser Arbeit wurde außerdem IgA-Sequenzierung durchgeführt, um Bakteriengemeinschaften zu identifizieren, die im Darm von Patienten mit neu diagnostizierten rheumatischen Erkrankungen aktiv von IgA erkannt und gebunden werden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Zusammensetzung an IgA-gebundenen Bakterien in Patienten mit neu diagnostizierter axSpA, PsA und reaktiver Arthritis (ReA) ähnlich sind, diese sich aber von RA-Patienten und Patienten mit nicht-rheumatischen Erkrankungen (NRD) unterscheiden. Insgesamt tragen die hier durchgeführten Analysen der mikrobiellen Zusammensetzung während eines rheumatischen Krankheitsausbruches und medikamentöser Behandlung sowie die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen der Mikrobiota und dem Immunsystem von Rheumapatienten zu einem besseren Verständnis der Rolle von Darmbakterien bei der Pathogenese rheumatischer Erkrankungen bei
Die Auswirkungen der Kolonisation mit Kommensal Protozoon Tritrichomonas spp. auf die Darm Mikrobiota und das Schleimhautimmunsystem
Get PDFHost-associated microbiotas includes diverse microorganisms from different kingdoms of life. Protozoa are prevalent members of the intestinal microbiota in humans and other mammalian species. For instance, Tritrichomonads are common protozoa parasites that have been described in many species. While most attention has been focused on the pathogenic role of specific parasitic protozoa for mucosal disease, little is known about the symbiotic relationships of apathogenic or even commensal Tritrichomonas species with their hosts. In the present study, two commensal Tritrichomonas species inhibiting the murine gastrointestinal tract were identified in a laboratory mouse colony with a pro-colitogenic microbiota. Prior studies have started to study the immune modulatory role of some Tritrichomonas species, however, little is known about their role in interacting with bacterial microbiota. Since this extracellular protozoan is intimately associated with the mucosa and microbiota, key aspects of the complex interactions between the protozoan and the bacteria have thus remained elusive. Hence, we here investigated the effect of Tritrichomonas colonization on the microbiota composition, especially the interaction with mucus-associated bacteria. Moreover, we characterized their role in immune modulation with a multicolor staining flow cytometry. Finally, we also evaluated how Tritrichomonas colonization might affect the host disease susceptibility to inflammatory bowel disease. Specifically, two protozoan species, Tritrichomonas musculis (T. mu) and one novel uncharacterized species Tritrichomonas spp. (T. spp), were isolated and identified from one of our laboratory mouse lines. T. mu colonization induced a strong type 2 immune response characterized with higher percentage increase of type 2 innate lymphoid cells (ILC2s), T helper 2 (Th2) cells and eosinophils in the small intestine. After colonization of isogeneic mouse lines of SPF1 and SPF2 mice with T. mu, the microbiota composition of these two mouse lines from cecum and colon were heavily affected. Most interestingly, the abundance of mucus-associated bacteria like Mucispirillum schaedleri and Akkermansia muciniphila were modulated by the introduction of T. mu. This phenotype of A. muciniphila down-regulation is reproducible when we colonized SPF1 mice exogenously with A. muciniphila and confirmed it with fluorescence in situ hybridization. Metabolomics results showed T. mu colonization induced a higher level of succinate and significantly reduced the level of simple sugars such as galactose. In addition, when supplemented with galactose and N-acetyl-glucosamine in the minimum media for A. muciniphila, it favored the bacterial reproduction. However, these changes in the bacterial communities and the related metabolites changes were not associated with the alleviation of intestinal inflammation induced by T.mu colonization. In summary, we developed an effective and reproducible animal model that is required to compare the microbiome of Tritrichomonas-free animals before and after protozoa colonization. The results raised the awareness that a host-protozoan interaction shapes the murine intestinal microbial ecosystem and elucidated the mechanisms behind the observed shifts in gut microbiota diversity and composition.Die wirtsassoziierte Mikrobiota umfasst eine Vielzahl von Mikroorganismen aus verschiedenen Reichen des Lebens. Protozoen sind häufige Mitglieder der intestinalen Mikrobiota bei Menschen und anderen Säugetierarten. Zum Beispiel sind Tritrichomonaden häufige Protozoen-Parasiten, die in vielen Wirten beschrieben wurden. Während die meiste Aufmerksamkeit auf die pathogene Rolle einiger bestimmter parasitärer Protozoen für Schleimhauterkrankungen gerichtet wurde, ist wenig über die symbiotischen Beziehungen von apathogenen oder kommensalen Tritrichomonas-Arten mit ihren Wirten bekannt. Frühere Studien haben die immunmodulatorische Rolle einiger Tritrichomonas-Spezies untersucht. Es ist jedoch wenig über ihre Rolle bei der Interaktion mit der bakteriellen Mikrobiota bekannt. Da dieses extrazelluläre Protozoon eng mit der Schleimhaut und der Mikrobiota assoziiert ist, sind die Schlüsselaspekte der komplexen Interaktionen zwischen dem Protozoon und den Bakterien bisher nicht bekannt. Daher untersuchten wir hier den Effekt der Tritrichomonas-Besiedlung auf die Zusammensetzung der Mikrobiota, insbesondere die Interaktion mit schleimhautassoziierten Bakterien. Darüber hinaus charakterisierten wir ihre Rolle bei der Immunmodulation mithilfe von Multicolor-Färbe-Durchflusszytometrie. Schließlich untersuchten wir auch, wie die Tritrichomonas-Besiedlung die Krankheitsanfälligkeit des Wirts für entzündliche Darmerkrankungen beeinflussen könnte. Konkret wurden zwei Protozoen-Spezies, Tritrichomonas musculis (T. mu) und eine neue, nicht charakterisierte Spezies Tritrichomonas spp. (T. spp), aus einer unserer Labor-Mauslinien isoliert und identifiziert. Die Besiedlung mit T. mu induzierte eine starke Typ-2-Immunantwort, die durch eine prozentuale Zunahme von angeborenen lymphoiden Zellen (ILC2s), T-Helfer-2-Zellen (Th2) und Eosinophilen im Dünndarm gekennzeichnet war. Isogene Mauslinien von SPF1- und SPF2-Mäusen wurden mit T. mu kolonisiert, die Mikrobiota-Zusammensetzung dieser beiden Mäuse aus Zökum und Kolon wurde stark beeinflusst. Interessanterweise wurde die Abundanz von Mukus-assoziierten Bakterien wie Mucispirillum schaedleri und Akkermansia muciniphila durch die Besiedlung mit T. mu moduliert. Dieser Phänotyp der A. muciniphila-Down-Regulation ist reproduzierbar, wenn wir SPF1-Mäuse exogen mit A. muciniphila kolonisiert haben und bestätigte dies mit Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Metabolomics-Ergebnisse zeigten, dass die Besiedlung mit T. mu eine höhere Produktion von Succinat verursacht und den Gehalt an Einfachzuckern wie Galactose signifikant reduzierte. Die Zugabe von einfachen Zuckern wie Galaktose und N-Acetyl-Glucosamin in den Mindestmedien für A. muciniphila begünstigt die bakterielle Vermehrung. Diese Veränderungen in den bakteriellen Gemeinschaften und die damit verbundenen Veränderungen der Metaboliten waren jedoch nicht mit der Linderung der durch die T. mu-Besiedlung induzierten Darmentzündung verbunden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Ergebnisse das Bewusstsein dafür schärften, dass eine Wirt-Protozoen-Interaktion das mikrobielle Ökosystem des Mäusedarms formt und die Mechanismen hinter den beobachteten Verschiebungen in der Diversität und Zusammensetzung der Darmmikrobiota aufklärte
Erforschung der antibakteriellen Eigenschaften des Naturprodukts Chlorotonil A und seines Derivats Chlorotonil B1-Epo2 gegen akute Clostridioides difficile Infektion
Get PDFThe intestinal microbiota is an intricate ecosystem consisting of trillions of microbes, which colonize the intestinal tract and co-evolved with their human host over thousands of years. In a healthy state, this microbiota can protect itself and the host from invading pathogens in a process termed colonization resistance. If this balance is disrupted, for instance by broad-spectrum antibiotic usage, the host can become susceptible to opportunistic pathogens like Clostridioides difficile, potentially causing live threating infection and multiple recurrent episodes. The widespread usage of antibiotics in healthcare settings has increased occurrences of C. difficile infections, making it a significant public health concern. Therefore, the need for specific antibiotics against C. difficile, which preserve the intestinal microbiota and colonization resistance, is continuously growing. In the present work, we investigated the efficacy of the novel compounds Chlorotonil A and Chlorotonil B1-Epo2 as antibiotics against the intestinal pathogen C. difficile. We demonstrated potent antimicrobial and bactericidal activity, comparable to clinically relevant antibiotics. In a mouse model of antibiotic induced C. difficile infection, treatment with Chlorotonil A led to a superior disease recovery, compared to the standard treatment with vancomycin. However, Chlorotonil B1-Epo2 failed to alleviate disease symptoms. In line with these results, we observed a lower impact of Chlorotonil A on the intestinal microbiota, whereas Chlorotonil B1-Epo2 and vancomycin induced significant shifts in diversity as well as species abundances. These findings suggested that Chlorotonil A might provide a better treatment efficacy, due to lesser off-target effects on the microbiota, specifically commensal bacteria that can promote protection against C. difficile, thereby enabling a faster restoration of colonization resistance. In fact, by highly sensitive metabolomic measurements, we could demonstrate a lower effect of Chlorotonils A on bacterial metabolism and protective metabolites in the intestine, further highlighting a potential microbe-sparing effect of Chlorotonil A. Finally, we could demonstrate that Chlorotonils, likely due to their hydrophobic character, can accumulate on C. difficile spores, triggering an inhibition of outgrowing spores after germination was induced. This effect was also observed in vivo: by infecting mice with Chlorotonil A treated spores, we demonstrated significantly reduced disease severity and mortality, highlighting the efficacy of Chlorotonil A against C. difficile infection. In summary, we could demonstrate efficient antibiotic activity of Chlorotonils, a colonization resistance sparing effect for Chlorotonil A and inhibition of C. difficile spore outgrowth for both Chlorotonils, making them ideal candidates for future studies and product development.Die Darm-Mikrobiota ist ein komplexes Ökosystem, das aus Billionen von Mikroorganismen besteht, die den Verdauungstrakt besiedeln und sich über Tausende von Jahren gemeinsam mit ihrem menschlichen Wirt entwickelt haben. In einem gesunden Zustand kann diese Mikrobiota sich selbst, und den Wirt vor eindringenden Krankheitserregern schützen - ein Prozess, der als Kolonisationsresistenz bezeichnet wird. Ist dieses Gleichgewicht gestört, z. B. durch den Einsatz von Breitbandantibiotika, kann der Wirt anfällig für Infektionen mit opportunistischen Erregern wie Clostridioides difficile werden, was zu einer lebensbedrohlichen Infektion und erneuten Krankheitsausbrüchen führen kann. Der weit verbreitete Einsatz von Breitbandantibiotika im Gesundheitswesen hat das Auftreten von C. difficile Infektionen erhöht und zu einem erheblichen Problem für die öffentliche Gesundheit gemacht. Daher wächst der Bedarf an Antibiotika, die spezifisch gegen C. difficile wirken, die Mikrobiota schützen sowie Kolonisationsresistenz erhalten. In der vorliegenden Arbeit haben wir die Wirksamkeit der neuartigen Antibiotika Chlorotonil A und Chlorotonil B1-Epo2 gegen den Darm Erreger C. difficile getestet. Wir konnten eine starke antimikrobielle und bakterizide Aktivität nachweisen, die mit klinisch relevanten Antibiotika vergleichbar ist. In Mausversuchen für C. difficile Infektionen führte die Behandlung mit Chlorotonil A zu einer besseren Heilung der Krankheit als das Standard-Antibiotikum Vancomycin. Chlorotonil B1-Epo2 zeigte jedoch keine Wirksamkeit gegen die Infektion im Mausmodell. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen beobachteten wir einen geringeren Effekt von Chlorotonil A auf die Mikrobiota, während Chlorotonil B1-Epo2 und Vancomycin signifikante Änderungen in der Diversität und Abundanz von unterschiedlichen Bakterien bewirkten. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Chlorotonil A eine bessere Behandlung der Infektion ermöglicht, da es geringere Nebenwirkungen auf die Mikrobiota hat, insbesondere auf kommensale Bakterien, die den Schutz gegen C. difficile fördern können, und somit eine schnellere Wiederherstellung der Kolonisationsresistenz ermöglicht. Wir konnten durch Messungen des bakteriellen Stoffwechsels im Darm eine geringere Auswirkung von Chlorotonil A auf spezifische Stoffwechselwege, die schützende Metabolite produzieren, nachweisen, was einen weiteren Hinweis auf eine schonende Wirkung von Chlorotonil A auf die Mikrobiota darstellt. Abschließend konnten wir zeigen, dass sich die Chlorotonile, wahrscheinlich aufgrund ihres hydrophoben Charakters, an C. difficile Sporen anlagern können, und somit das Auswachsen von Sporen verhindert, nachdem die Sporenkeimung ausgelöst wurde. Dieser Effekt wurde auch im Mausmodell beobachtet: Der Schweregrad der Krankheit und die Sterblichkeit der Mäuse war signifikant reduziert, nachdem diese mit Chlorotonil A vorbehandelten Sporen infiziert wurden, was die Wirksamkeit von Chlorotonil A gegen C. difficile Infektionen bestätigt. Zusammenfassend konnten wir eine effiziente Wirksamkeit der Chlorotonile, eine Schonung der Kolonisationsresistenz und eine Inhibition des Auswachsens von C. difficile-Sporen für beide Chlorotonile nachweisen, was sie zu idealen Kandidaten für zukünftige Forschung und Produktentwicklung macht
Complex regulatory networks of virulence traits in Salmonella Typhimurium
No full textDie Etablierung einer Infektion mit Salmonella Typhimurium (S. Typhimurium) ist das Ergebnis des Inputs verschiedener Virulenzfaktoren und genetischer Schaltkreise, die miteinander interagieren, um eine erfolgreiche Infektion und eine effiziente Ressourcennutzung sicherzustellen. Kleine (sRNAs) spielen eine wichtige Rolle, da sie schnell auf Umweltveränderungen reagieren und die Genexpression modulieren können. Im ersten Teil dieser Arbeit zeigen wir, dass die Überexpression von HilD, dem Masterregulator der Salmonella Pathogenitätsinsel 1 (SPI-1), zu einem Motilitätsdefekt von S. Typhimurium führt. Dieser Defekt steht im Zusammenhang mit der Expression von SPI-1-Virulenzgenen; dies führt zu einer Reduktion der protonenmotorischen Kraft (PMF), die wiederum für die Flagellenrotation notwendig ist. Zudem stellen wir eine Hochregulation mehrerer Adhäsine bei Überexpression von HilD fest. Die Kombination aus Erhöhter Expression von Adhäsinen und einer Reduktion der PMF ermöglicht es S. Typhimurium vermutlich, bei Erreichen der Invasionsstelle im Wirt die Motilität zu modulieren und das Andocken an das Darmepithel und die nachfolgende Injektion von Effektorproteinen zu erleichtern. Im zweiten Teil identifizierten wir mehrere in vivo differenziell regulierte sRNAs, die das virulenzassoziierte Typ-III-Sekretionssystem der SPI-1 (vT3SS-1) regulieren konnten. Weitergehende Untersuchungen der vielversprechendsten sRNAs ergaben Zielgene für STnc4160 und RybD. Diese Zielgene waren mit Stoffwechselprozessen, nicht jedoch mit regulatorischen oder strukturellen Komponenten des vT3SS-1 assoziiert. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sRNAs Stoffwechselwege von S. Typhimurium in Reaktion auf die Umgebungsbedingungen im Wirt umprogrammieren; dies verschafft S. Typhimurium vermutlich einen Fitnessvorteil und erlaubt es, die residente Mikrobiota zu verdrängen. Zudem regulieren sRNAs vT3SS-1 und erleichtern die Invasion der Darmepithelien und die Etablierung der Infektion.The establishment of a Salmonella Typhimurium (S. Typhimurium) infection results from an input from different virulence factors and genetic circuits. These crosstalk with each other to coordinate their efforts towards a successful infection and a wise use of resources. Other key players include small RNAs (sRNAs), which can quickly respond to environmental changes and modulate the gene expression accordingly. In the first part of this thesis, we show that the overexpression of HilD, the master regulator of the Salmonella pathogenicity island 1 (SPI-1), results in a motility defect in S. Typhimurium. This motility defect is related to SPI-1 virulence gene expression, which results in the dissipation of the proton motive force (PMF), which in turn is needed for powering the flagellar rotation. We also report the upregulation of several adhesins upon HilD overproduction. Thus, the combination of adhesins upregulation and PMF depletion likely helps S. Typhimurium to rapidly modulate motility upon reaching their target site inside the host and to facilitate the docking of bacteria to the surface of host intestinal epithelial cells and injection of effector proteins, subsequently. In the second part, we identified a number of in vivo differentially regulated sRNAs, which are able to regulate the virulence-associated type-III secretion system of SPI-1 (vT3SS-1). Further analyses of the promising sRNAs revealed a number of target genes for STnc4160 and RybD. The identified targets for both sRNAs were related to metabolic processes rather than to regulatory or structural components of the vT3SS-1. Our results suggest that sRNAs respond to the host environment by rewiring metabolic pathways of S. Typhimurium, which likely imparts a fitness advantage to it and enables it to outcompete the resident microbiota. Additionally, sRNAs can regulate vT3SS-1, thus modulating the invasion of intestinal epithelia by S. Typhimurium and accordingly the establishment of an infection
Effects of Recombinant IL-13 Treatment on Gut Microbiota Composition and Functional Recovery after Hemisection Spinal Cord Injury in Mice
No full textIn recent years, the gut-central nervous system axis has emerged as a key factor in the pathophysiology of spinal cord injury (SCI). Interleukin-13 (IL-13) has been shown to have anti-inflammatory and neuroprotective effects in SCI. The aim of this study was to investigate the changes in microbiota composition after hemisection injury and to determine whether systemic recombinant (r)IL-13 treatment could alter the gut microbiome, indirectly promoting functional recovery. The gut microbiota composition was determined by 16S rRNA gene sequencing, and correlations between gut microbiota alterations and functional recovery were assessed. Our results showed that there were no changes in alpha diversity between the groups before and after SCI, while PERMANOVA analysis for beta diversity showed significant differences in fecal microbial communities. Phylogenetic classification of bacterial families revealed a lower abundance of the Bacteroidales S24-7 group and a higher abundance of Lachnospiraceae and Lactobacillaceae in the post-SCI group. Systemic rIL-13 treatment improved functional recovery 28 days post-injury and microbiota analysis revealed increased relative abundance of Clostridiales vadin BB60 and Acetitomaculum and decreased Anaeroplasma, Ruminiclostridium_6, and Ruminococcus compared to controls. Functional assessment with PICRUSt showed that genes related to glyoxylate cycle and palmitoleate biosynthesis-I were the predominant signatures in the rIL-13-treated group, whereas sulfolactate degradation super pathway and formaldehyde assimilation-I were enriched in controls. In conclusion, our results indicate that rIL-13 treatment promotes changes in gut microbial communities and may thereby contribute indirectly to the improvement of functional recovery in mice, possibly having important implications for the development of novel treatment options for SCI.This study was supported by grants from Fund for Scientific Research Flanders (FWOVlaanderen) to S.H. and J.V.B. (G067715N, G091518N, G0C2120N, 1209123N). A.C. was supported by the Research Foundation Flanders (FWO), Belgium (Project ID 11L8322N). M.K. was supported by the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (Project ID 640116), by a SALK-grant from the government of Flanders, by an Odysseus-grant (Project ID G0G1216FWO) and senior research project (Project ID G080121N) of the FWO and by a BOF grant (ADMIRE, Project ID 21GP17BOF) from Hasselt University.
The authors would like to thank Leen Timmermans for excellent technical assistance during the in vivo experiments
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