Effect of gluten-free diet (GFD) on immune parameters, microbiome and metabolome in inflammatory bowel disease and primary sclerosing cholangitis

• Název práce v češtině: Vliv bezlepkové diety (GFD) na imunitní parametry, střevní mikrobiom a metabolom u idiopatických střevních zánětů (IBD) a primární sklerotizující cholangitidy
• Název v anglickém jazyce: Effect of gluten-free diet (GFD) on immune parameters, microbiome and metabolome in inflammatory bowel disease and primary sclerosing cholangitis
• Klíčová slova: imunitní parametry, střevní mikrobiom, metabolom, idiopatické střevní záněty, primární sklerozující cholangitida, bezlepková dieta,
• Klíčová slova anglicky: immune parameters, gut microbiome, metabolome, inflammatory bowel disease, primary sclerosing cholangitis, gluten-free diet,
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: MUDr. David Funda, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Idiopatické střevní záněty (IBD] je chronické, relapsující, imunitně mediované zánětlivé onemocneni gasteointestinalniho traktu. Primární sklerozující cholangitida (PSC) je progresivní onemocnění žlučovodů, které v pokročilém stádiu choroby představuje jednu z nejčastějších indikací k ortotopické transplantaci jater v rozvinutých zemích. Ačkoliv genetické faktory přispívají ke vzniku těchto onemocnění, faktory vnějšího prostředí (diety) a následné změny mikrobiomu mají pravděpodobně významný vliv v etiopatogenezi těchto onemocnění. PSC je přibližně u 70% nemocných asociováno s IBD. V poslední době se objevily nezávislé důkazy o úloze chronického střevního zánětu u celé řady imunitně mediovaných onemocnění. Lepek a jeho komponenty mají prozánětlivý efekt podobný lipopolysacharidu. U řady autoimunitních onemocnění (diabetes 1 typu, některé neurologické poruchy) byl již prokázán příznivý vliv bezlepkové diety (GFD).

Cílem tohoto projektu je objasnění mechanismů interakce bezlepkové diety, mikrobiomu a metabolomu, a studium vlivu GFD na slizniční a přirozenou imunitu u IBD a PSC. Projekt je založen jak na lidské randomizované klinicke studii (vliv bezlepkové diety na klinické symptomy PSC a IBD; (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT06026449), tak na myších indukovaných modelech IBD (model DSS-indukované kolitidy u BALB/c myší) a PSC (DSS-indukovaná PSC na modelu Mdr2-/- KO myší).

Mechanistické studie zahrnují analýzu imunitních parametrů, změn metabolomů a změn bakteriomů ve vztahu k bezlepkové dietě. Použité metodiky zahrnují izolaci leukocytů periferní krve od pacientů a buněk z lymfatických tkání u myší, flow cytometrii, tkáňové kultury, ELISA, charakterizaci metabolomů (ve spolupráci s Lab. charakterizace molekulární struktury), přípravu vzorků pro sekvenaci bakteriomů, analýzu dat a případně i jednobuněčnou transkriptomiku. Projekt zahrnuje mezinárodní spolupráci.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Idiopathic inflammatory bowel diseases (IBD) are chronic, relapsing, immune-mediated inflammatory disorders of the gastrointestinal tract. Primary sclerosing cholangitis (PSC) is a progressive disease of the bile ducts, which in advanced stages of the disease represents one of the most common indications for orthotopic liver transplantation in developed countries. While genetic factors contribute to the development of these diseases, environmental factors (such as diets) and subsequent changes in the microbiome likely have a significant impact on the etiopathogenesis of these diseases. PSC is associated with IBD in approximately 70% of patients. Recently, independent evidence has emerged regarding the role of chronic intestinal inflammation in a wide range of immune-mediated diseases. Gluten and its components have a pro-inflammatory effect similar to lipopolysaccharide. Beneficial effects of a gluten-free diet (GFD) have already been demonstrated in several autoimmune diseases (type 1 diabetes, certain neurological disorders).

The aim of this project is to elucidate the mechanisms of interaction between a gluten-free diet, the microbiome, and the metabolome, and to study the impact of GFD on mucosal and innate immunity in IBD and PSC. The project is based on both human randomized clinical trials (the effect of a gluten-free diet on clinical symptoms of PSC and IBD; ClinicalTrials.gov Identifier: NCT06026449) and on mouse-induced models of IBD (DSS-induced colitis model in BALB/c mice) and PSC (DSS-induced PSC model in Mdr2-/- KO mice).

Mechanistic studies include the analysis of immune parameters, changes in metabolomes, and changes in bacteriomes in relation to a gluten-free diet. Methods used in this project include isolation of peripheral blood leukocytes from patients and cells from lymphoid tissues in mice, flow cytometry, tissue culture, ELISA, metabolome characterization (in collaboration with the Laboratory for Molecular Structure Characterization), sample preparation for bacteriome sequencing, data analysis, and eventually also single cell transcriptomics. The project involves international collaboration.