Tesis por compendio / [EN] The importance of the microbiota for host health and disease is now
widely appreciated. Microbial communities that inhabit the human body have been
proposed as an essential aspect of the hypothesis focused on the developmental origin of
health and disease (DOHaD), suggesting that altered microbial exposure during infancy
could play a role in the risk of some immune-based diseases, such as obesity, allergy
development or T2 diabetes mellitus. Indeed, associational studies have related perinatal
factors that could disrupt neonatal microbial colonization, such as antibiotic intake, Csection and formula feeding, to these diseases later in life. Some authors have suggested
that the interaction between the initial microbiome and the developing immune system
could be crucial for a correct maturation of the latter. However, the exact molecular
mechanisms that regulate the host−microbiome interconnection during this period are
still unknown. Furthermore, despite the importance of maternal microbiota on initial
neonatal microbial seeding, data concerning the effect of these perinatal factors on
maternal microbiota are still scarce.
Objectives: The general aim of the thesis was to to ascertain the impact of perinatal
factors, such as mode and place of delivery, antibiotic use, maternal diet and gestational
age on maternal-neonatal microbiota composition and their implications on health
outcomes.
Subjects: Participants in this study were part of a larger longitudinal cohort study
conducted in the Mediterranean area, between 2015 and 2019. Mothers were enrolled in
the Hospital Universitario y Politécnico La Fe, Hospital Clinico Universitario de
Valencia, primary health-care units from Valencia and CEIC-Parc de Salut MAR. In
this thesis, faecal samples at birth, 7 and 31 days were used as well as the saliva,
amniotic fluid and placenta samples from a subset of participants.
Methods: Next-generation sequencing targeting the V3−V4 region of the 16S rRNA
gene was performed to assess the microbiota composition at each time point. Enzymelinked immunosorbent assay and Luminex assay were used for the determination of the
molecular hormonal, metabolic and immune status of the participants and/or cellular
models. Quantitative polymerase chain reaction (PCR) and reverse transcription PCR
were also performed in a quantitative measurement of microbiota composition and for
the assessment of gene expression in placental tissue and cellular models, respectively.
The culture of different cell lines, including intestinal epithelial cells (Caco-2), mucusproducer cells (LSTH-17) and monocyte-like cells (THP-1), were used for the in vitro
assays.
Results and conclusion: Maternal microbiota at delivery was influenced by several
perinatal factors, including immune status of amniotic cavity, diet during gestation and
delivery mode. Maternal consumption of fat was positively related to Firmicutes spp.
while carbohydrates, fibre and polyunsaturated fatty acids (PUFA) intakes were
associated with higher relative abundance of Bacteroidetes and Proteobacteria levels.
Some of these relations were also reflected in the neonatal microbiota at delivery.
Indeed, children born by C-section and from mothers with higher fat intakes showed
higher body mass index (BMI) index z-scores than those born from mothers with higher
fibre consumption. Two bacterial profiles were found during the study. The first one
was composed of health-related bacteria with short-chain fatty acids (SCFA) production
activity, such as Roseburia, Faecalibacterium, Blautia, Lachnospira or Bacteroides
genera. This group was associated with a distinct amniotic cytokine profile
characterized by higher concentrations of IL-2, IL-5, IL-17 and TNF-α. Indeed, salivary
cortisol concentration also showed positive relations with some of these genera
independently of the delivery mode. The other group was characterized by Finegoldia,
Peptoniphilus, Anaeroaoccus, Porphyromonas and Campylobacter genera. Those were
associated with another amniotic cytokine profile dominated by IL-4, IL-13, IL-18, and
IL-10 cytokines and more highly represented in mothers who had undergone a Csection. Some of these genera were negatively associated with salivary cortisol
concentration. Thus, our results suggested that amniotic fluid immune status and
cortisol concentration were related to maternal microbiota at delivery with implications
also in neonatal microbiota.
Furthermore, we described the effect of mode and place of birth in the microbial
colonization evolution during the first month of life, showing that neonates born by Csection had a distinct microbial pattern and higher BMI index z-scores than vaginalborn infants, both at home and hospital. We proposed an in vitro molecular mechanism
by which the differences observed in C-section-born neonates in terms of microbiota
composition would promote a shift in immune system maturation through the lack of
immune stimulation observed in these samples compared with those from vaginal-born
infants, especially those from the home birth group. Thus, disruptions in the colonization process during the first month of life could have long-lasting consequences
through an alteration of immune system development during this period. / [ES] El gran impacto del microbioma humano sobre la salud del huésped es
ampliamente conocido. Se cree que las comunidades microbianas que habitan el cuerpo
humano serían un aspecto fundamental en la hipótesis promulgada sobre el posible
origen de la enfermedad durante el desarrollo (DOHad) sugiriendo que alteraciones en
la exposición microbiana durante la infancia podrían estar implicadas en el mayor riesgo
de algunas enfermedades de base inmunológica como la obesidad, la alergia o la
diabetes mellitus de tipo II. Además, se han encontrado relaciones significativas entre
este tipo de enfermedades con algunos factores perinatales que se han descrito como
disruptores del proceso de colonización, como la cesárea, el uso de antibióticos o la
alimentación mediante leche de formula. Algunos autores sugieren que la interacción
entre la microbiota inicial y el sistema inmunológico que está desarrollándose sería
crucial para una correcta maduración de este. Sin embargo, los mecanismos exactos que
mediarían en esta relación huésped-microbiota durante este periodo todavía se
desconocen. Además, a pesar de la importancia de la microbiota materna para el inicio
del proceso de colonización, todavía es escasa la información sobre como los diferentes
factores perinatales afectan a la microbiota materna.
Objetivos: El objetivo general de esta tesis fue definir el impacto de los diferentes
factores perinatales como el tipo de parto, el uso de antibióticos, la dieta materna o la
edad gestacional en la composición de la microbiota materno-neonatal y sus posibles
implicaciones para la salud.
Participantes: Los participantes del presente análisis son parte de un estudio
longitudinal de cohorte desarrollado en el área mediterránea entre 2015 y 2019. Las
madres fueron reclutadas en el Hospital Universitario y Politécnico de la Fe, el Hospital
Clínico Universitario de Valencia, centros de atención primaria de la ciudad de Valencia
y el CEIC-Parc de Salut MAR. En el presente trabajo se utilizaron las muestras fecales
recogidas al parto, a los 7 y 31 días, así como las muestras de saliva, líquido amniótico
y placenta de un grupo reducido de participantes.
Métodos: Se utilizaron técnicas de secuenciación de nueva generación dirigidas a la
región V3-V4 del gen 16S rRNA para la determinación de la composición de la
microbiota de cada muestra a los tiempo estudiados. Además, el ensayo por
inmunoadsorción ligado a enzimas y la técnica Luminex fueron usadas para la determinación de moléculas relacionadas con el estado hormonal, metabólico e inmune
de las muestras y/o de los ensayos celulares. La PCR cuantitativa y la de transcripción
reversa fueron usadas para realizar una medida cuantitativa de la composición
microbiana y de la expresión de algunos genes seleccionados en las muestras de
placenta y modelos celulares, respectivamente. EL cultivo de diferentes líneas celulares,
como líneas epiteliales (Caco-2), productoras de moco (LSTH-17) y líneas similares a
macrófagos (THP-1) fueron utilizadas en los ensayos in vitro.
Resultados y conclusión: La microbiota materna al parto estuvo influenciada por
diversos factores perinatales, incluyendo el estado inmunológico de la cavidad
amniótica, la dieta durante el embarazo y el tipo de parto. El consumo materno de grasa
estuvo positivamente relacionado con Fimicutes spp. Mientras que el consumo de
carbohidratos, fibra y ácidos grasos poliinsaturados fueron asociados con mayores
abundancias relativas de los filos Bacteroidetes y Proteobacteria. Algunas de estas
relaciones fueron observadas también en la microbiota neonatal. Además, los niños
nacidos por cesárea y de madres con altos consumos de grasa mostraron mayores IMC
(índice de masa corporal) z-scores que aquellos que nacieron de madres consumidoras
de fibra.
Dos patrones microbianos fueron encontrados a lo largo de todos los análisis. El
primero de ellos estaba compuesto por especies asociadas a la salud y productoras de
SCFA como los géneros Roseburia, Faecalibacterium, Blautia, Lachnospira o
Bacteroides. Este grupo estuvo asociado a un perfil de citoquinas caracterizado por IL2, IL-5, IL-17 y TNF-α. Los niveles de cortisol en saliva estuvieron positivamente
correlacionados con algunos de estos géneros independientemente del tipo de parto. El
otro patrón microbiano estuvo caracterizado por los géneros Finegoldia, Peptoniphilus,
Anaeroaoccus, Porphyromonas y Campylobacter. Estos estuvieron relacionados con un
perfil de citoquinas en la cavidad amniótica dominados por la presencia de IL-4, IL-13,
IL-18 y IL-10 y con el parto por cesárea. Además, algunos de estos géneros estuvieron
negativamente correlacionados con los niveles de cortisol en saliva. Así, nuestros
resultados sugieren que el ambiente inmunológico de la cavidad uterina y la
concentración de cortisol estuvieron relacionados con la composición de la microbiota
materna al parto con implicaciones para la microbiota neonatal.
Además, describimos el efecto del tipo de parto y el lugar en el proceso de colonización
durante el primer mes de vida mostrando que los niños nacidos por cesárea tienen un
perfil diferencial de microbiota y mayores IMC z-scores que los niños nacidos de forma vaginal, tanto en el hospital como en casa. En nuestra investigación, hemos propuesto
un mecanismo molecular por el cual las diferencias en la composición microbiana de los
niños nacidos por cesárea podrían provocar una alteración en la maduración del sistema
inmunológico mediante la falta de imnunoestimulación observada estas muestras
comparadas con aquellas obtenidas de los niños nacidos por parto vaginal,
especialmente de aquellos nacidos en casa. Así, las alteraciones en el proceso de
colonización durante el primer mes de vida podrían tener consecuencias a largo plazo en
la salud infantil debido a una alteración del desarrollo del sistema inmunológico durante
este periodo. / [CA] El gran impacte del microbioma humà sobre la salut humana del hoste és
amplament reconegut. Es creu que les comunitats microbianes que habiten el cos humà
serien un aspecte fonamental en la hipòtesi promulgada sobre el possible origen de la
malaltia durant el desenvolupament (coneguda com DOHad) suggerint que alteracions
en l’exposició microbiana al llarg de la infància podrien estar implicades en el augment
del risc a patir algunes malalties amb base immunològica com són l’obesitat, l’al·lèrgia
o la diabetis mellitus tipus II. Així mateix, s’han trobat relacions significatives entre
aquest tipus de malalties amb alguns factors perinatals que s’han descrit com disruptors
del procés de colonització, com la cesària, l’ús d’antibiòtics o l’alimentació mitjançant
llet de fórmula. Alguns autors suggereixen que la interacció entre la microbiota inicial i
el sistema immunològic que estaria desenvolupant-se seria crucial per a una correcta
maduració d’aquest últim. No obstant això, els mecanismes exactes que mediten en
aquesta relació hoste-microbiota durant aquest període encara es desconeixen. A pesar
de la importància de la microbiota materna en l’inici del procés de colonització, encara
és escassa la informació sobre els diferents factors perinatals que afecten a la microbiota
materna.
Objectius: L’objectiu general d’aquesta tesi fou definir l’impacte dels diferents factors
perinatals com el tipus de part, l’ús d’antibiòtics, la dieta materna o l’edat gestacional en
la composició de la microbiota materno-neoantal i les possibles implicacions sobre la
salut.
Participants: Els participants del present anàlisi són part d’un estudi longitudinal de
cohort de l’àrea mediterrània entre el 2015 i 2019. Les mares van ser reclutades en
l’Hospital Universitari i Politècnic La Fe, l’Hospital Clínic Universitari de València,
centres d’atenció primària de la ciutat de València i el CEIC-Pac de Salut Mar de
Catalunya. En el present treball s’utilitzaren les mostres fecals recollides al part, als 7 i
als 31 dies, així com les mostres de saliva, líquid amniòtic i placenta.
Mètodes: S’utilitzaren tècniques de seqüenciació de nova generació dirigides a la regió
V3-V4 del gen 16S rRNA per a la determinació de la composició de la microbiota de
cada mostra als temps estudiats. Així mateix, l’assaig per immune adsorció lligat a
enzims i la tècnica Luminex foren utilitzades per a la determinació de molècules
relacionades amb l’estat hormonal, metabòlic e immunològic de les mostres i/o els assajos cel·lulars. La PCR quantitativa i la de transcripció en mode revers foren
utilitzades per a realitzar una mesura quantitativa de la composició de la microbiota i de
l’expressió d’alguns gens seleccionats en les mostres de placenta i models cel·lulars,
respectivament. El cultiu de diferents tipus cel·lulars, com tipus epitelials (Caco-2),
productors de moc (LSTH-17) i línies similars a macròfags (THP-1) foren utilitzades en
els assajos in vitro.
Resultats i conclusió: La microbiota materna en el moment del part va estar
influenciada per diversos factors perinatals, incloent l’estat immunològic de la cavitat
amniòtica, la dieta durant l’embaràs i el tipus de part. El consum matern de greix es va
vore associat amb Fimicutes spp. Pel contrari, el consum de carbohidrats, fibra i àcids
grassos poliinsaturades es van veure relacionats amb majors abundàncies relatives dels
phylum Bacteroidetes i Proteobacteria. Algunes d’aquestes relacions foren també
observades en la microbiota neonatal. Tan mateix, els nounats nascuts per cesària i de
mares consumidores de greixos van mostrar majors índexs de massa corporal (IMC) zscores que els nonats nascuts de mares consumidores de fibra.
Dos patrons microbians es trobaren al llarg de totes les anàlisis. La primera d’elles va
estar composta per espècies associades amb la salut i productes d’àcids grassos de
cadena curta (SCFA), com són els gèneres Rosburia, Faecalibacterium, Blautia,
Lachnospira o Bacteroides. Aquest grup va estar associat a un perfil de citocines
caracteritzat per interleucines (IL)-2, IL-5, IL-17 i TNF-alpha. Els nivells de cortisol en
saliva al part estigueren positivament correlacionats amb alguns d’aquests grups ,
independentment del tipus de part. L’altre patró microbià estava caracteritzat per els
gèneres Finegoldia, Peptoniphilus, Anaeroccocus, Porphyromonas i Campylobacter.
Aquests grups foren relacionats amb el part per cesària i un perfil de citoquines en la
cavitat amniòtica dominat per la presència de IL-4, IL-13, IL.18 i IL-10. A més, alguns
d’aquests gèneres estigueren negativament relacionats amb els nivells de cortisol en
saliva en el moment del part. Així, els nostres resultats suggereixen que l’ambient
immunològic de la cavitat uterina i la concentració de cortisol tenien una relació amb la
composició de la microbiota materna al part amb implicacions per a la microbiota
neonatal.
Tan mateix, descrivim l’efecte del tipus de part i el lloc de naixement (hospital vs. casa)
en el procés de colonització durant el primer mes de vida, mostrant que els nonats
nascuts per cesària tenien un perfil diferencial de microbiota i majors índexs de massa
corporal (IMC) z-scores que aquells nonats nascuts de forma vaginal, tant a l’hospital com a casa. En la nostra investigació, hem proposat un mecanisme molecular pel qual
les diferències en la composició microbiana podrien provocar una alteració en la
maduració del sistema immunològic mitjançant una manca de inmuno-estimulació,
observada en les mostres obtingudes dels nounats nascuts per cesària, especialment si es
compara amb aquells nascuts a casa. Així, les alteracions en el procés de colonització,
durant el primer mes de vida podrien tenir conseqüències a llarg termini en la salut
infant debut a alteracions en el desenvolupament del sistema immunològic durant el
període. / Selma Royo, M. (2020). Impact of perinatal factors on the maternal- neonatal microbiota and influence on health outcomes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153159 / Compendio
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/153159 |
| Date | 26 October 2020 |
| Creators | Selma Royo, Marta |
| Contributors | Collado Amores, María Carmen, Sirera Pérez, Rafael, Universitat Politècnica de València. Departamento de Biotecnología - Departament de Biotecnologia |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0083 seconds