Bhanu Priya Ganesh

• Initiation and perpetuation of inflammatory bowel diseases (IBD) may result from an exaggerated mucosal immune response to the luminal microbiota in a susceptible host. We proposed that this may be caused either 1) by an abnormal microbial composition or 2) by weakening of the protective mucus layer due to excessive mucus degradation, which may lead to an easy access of luminal antigens to the host mucosa triggering inflammation. We tested whether the probiotic Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) is capable of reducing chronic gut inflammation by changing the existing gut microbiota composition and aimed to identify mechanisms that are involved in possible beneficial effects of the probiotic. To identify health-promoting mechanisms of the strain, we used interleukin (IL)-10 deficient mice that spontaneously develop gut inflammation and fed these mice a diet containing NCIMB (106 cells g-1) for 3, 8 and 24 weeks, respectively. Control mice were fed an identically composed diet but without the probiotic strain. No clear-cutInitiation and perpetuation of inflammatory bowel diseases (IBD) may result from an exaggerated mucosal immune response to the luminal microbiota in a susceptible host. We proposed that this may be caused either 1) by an abnormal microbial composition or 2) by weakening of the protective mucus layer due to excessive mucus degradation, which may lead to an easy access of luminal antigens to the host mucosa triggering inflammation. We tested whether the probiotic Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) is capable of reducing chronic gut inflammation by changing the existing gut microbiota composition and aimed to identify mechanisms that are involved in possible beneficial effects of the probiotic. To identify health-promoting mechanisms of the strain, we used interleukin (IL)-10 deficient mice that spontaneously develop gut inflammation and fed these mice a diet containing NCIMB (106 cells g-1) for 3, 8 and 24 weeks, respectively. Control mice were fed an identically composed diet but without the probiotic strain. No clear-cut differences between the animals were observed in pro-inflammatory cytokine gene expression and in intestinal microbiota composition after probiotic supplementation. However, we observed a low abundance of the mucin-degrading bacterium Akkermansia muciniphila in the mice that were fed NCIMB for 8 weeks. These low cell numbers were associated with significantly lower interferon gamma (IFN-γ) and IFN-γ-inducible protein (IP-10) mRNA levels as compared to the NCIMB-treated mice that were killed after 3 and 24 weeks of intervention. In conclusion, NCIMB was not capable of reducing gut inflammation in the IL-10-/- mouse model. To further identify the exact role of A. muciniphila and uncover a possible interaction between this bacterium, NCIMB and the host in relation to inflammation, we performed in vitro studies using HT-29 colon cancer cells. The HT-29 cells were treated with bacterial conditioned media obtained by growing either A. muciniphila (AM-CM) or NCIMB (NCIMB-CM) or both together (COMB-CM) in Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) for 2 h at 37 °C followed by bacterial cell removal. HT-29 cells treated with COMB-CM displayed reduced cell viability after 18 h (p<0.01) and no viable cells were detected after 24 h of treatment, in contrast to the other groups or heated COMB-CM. Detection of activated caspase-3 in COMB-CM treated groups indicated that death of the HT-29 cells was brought about by apoptosis. It was concluded that either NCIMB or A. muciniphila produce a soluble and heat-sensitive factor during their concomitant presence that influences cell viability in an in vitro system. We currently hypothesize that this factor is a protein, which has not yet been identified. Based on the potential effect of A. muciniphila on inflammation (in vivo) and cell-viability (in vitro) in the presence of NCIMB, we investigated how the presence of A. muciniphila affects the severity of an intestinal Salmonella enterica Typhimurium (STm)-induced gut inflammation using gnotobiotic C3H mice with a background microbiota of eight bacterial species (SIHUMI, referred to as simplified human intestinal microbiota). Presence of A. muciniphila in STm-infected SIHUMI (SIHUMI-AS) mice caused significantly increased histopathology scores and elevated mRNA levels of IFN-γ, IP-10, tumor necrosis factor alpha (TNF-α), IL-12, IL-17 and IL-6 in cecal and colonic tissue. The number of mucin filled goblet cells was 2- to 3- fold lower in cecal tissue of SIHUMI-AS mice compared to SIHUMI mice associated with STm (SIHUMI-S) or A. muciniphila (SIHUMI-A) or SIHUMI mice. Reduced goblet cell numbers significantly correlated with increased IFN-γ (r2 = -0.86, ***P<0.001) in all infected mice. In addition, loss of cecal mucin sulphation was observed in SIHUMI-AS mice. Concomitant presence of A. muciniphila and STm resulted in a drastic change in microbiota composition of the SIHUMI consortium. The proportion of Bacteroides thetaiotaomicron in SIHUMI, SIHUMI-A and SIHUMI-S mice made up to 80-90% but was completely taken over by STm in SIHUMI-AS mice contributing 94% to total bacteria. These results suggest that A. muciniphila exacerbates STm-induced intestinal inflammation by its ability to disturb host mucus homeostasis. In conclusion, abnormal microbiota composition together with excessive mucus degradation contributes to severe intestinal inflammation in a susceptible host.…
• Die Initiation and die Manifestation von entzündlichen Darmerkrankungen (inflammatory bowel diseases - IBD) können aus einer übersteigerten mukosalen Immunreaktion auf die luminale Mikrobiota in einem empfänglichen Wirt resultieren. Wir schlagen vor, dass dies entweder durch 1) eine abnormale mikrobielle Zusammensetzung oder 2) die Abschwächung der schützenden Schleimschicht, eingeleitet durch deren fortgeschrittenen Abbau, verursacht werden kann. Diese Entwicklung ermöglicht einen erleichterten Zugang des luminalen Antigens zu der Mukosa des Wirts und somit die Auslösung der Entzündung. Wir haben getestet, ob das probiotische Bakterium Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) in der Lage ist, der chronischen Darmentzündung durch Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota entgegenzuwirken und strebten an, die zugrunde liegenden Mechanismen der probiotischen Wirkungsweise zu identifizieren. Für die Aufklärung der gesundheitsfördernden Mechanismen dieses Bakterienstammes wurden Interleukin-10 defiziente Mäuse verwendet, dieDie Initiation and die Manifestation von entzündlichen Darmerkrankungen (inflammatory bowel diseases - IBD) können aus einer übersteigerten mukosalen Immunreaktion auf die luminale Mikrobiota in einem empfänglichen Wirt resultieren. Wir schlagen vor, dass dies entweder durch 1) eine abnormale mikrobielle Zusammensetzung oder 2) die Abschwächung der schützenden Schleimschicht, eingeleitet durch deren fortgeschrittenen Abbau, verursacht werden kann. Diese Entwicklung ermöglicht einen erleichterten Zugang des luminalen Antigens zu der Mukosa des Wirts und somit die Auslösung der Entzündung. Wir haben getestet, ob das probiotische Bakterium Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) in der Lage ist, der chronischen Darmentzündung durch Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota entgegenzuwirken und strebten an, die zugrunde liegenden Mechanismen der probiotischen Wirkungsweise zu identifizieren. Für die Aufklärung der gesundheitsfördernden Mechanismen dieses Bakterienstammes wurden Interleukin-10 defiziente Mäuse verwendet, die spontan eine Darmentzündung entwickeln. Den Mäusen wurde für 3, 8 und 24 Wochen eine NCIMB enthaltende Diät verabreicht. Nach der Fütterung waren keine eindeutigen Unterschiede zwischen den Gruppen hinsichtlich der Genexpression von pro-inflammatorischen Zytokinen und der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu beobachten, obwohl eine geringere Zellzahl des schleimabbauenden Bakteriums Akkermansia muciniphila in den mit NCIMB gefütterten Mäusen nach 8 Wochen festgestellt wurde. Daraus folgt, dass NCIMB nicht in der Lage ist, dem Verlauf der Darmentzündung im IL-10-/--Mausmodell entgegenzuwirken. In der nachfolgenden Studie wurde untersucht, wie die Anwesenheit von A. muciniphila den Ausprägungsgrad einer intestinalen Salmonella enterica Typhimurium (STm) induzierten Darmentzündung beeinflusst. Dafür wurden gnobiotische C3H-Mäuse mit einem mikrobiellen Hintergrund von acht Bakterienspezies (SIHUMI) verwendet. Die gleichzeitige Anwesenheit von A. muciniphila und STm verursachte eine drastische Veränderung der Mikrobiota-Zusammensetzung des SIHUMI-Konsortiums. Diese Ergebnisse zeigen, dass A. muciniphila durch seine Fähigkeit, die Homöostase/Selbstregulation der Schleimbildung zu stören, die STm-induzierte Darmentzündung verschärft. Es kann geschlußfolgert werden, dass eine abweichende Zusammensetzung der Mikrobiota in Kombination mit einem massiven Abbau des Mucus zur schweren intestinalen Entzündung im empfänglichen Wirt beiträgt.…