Metabolomika při studiu mikrobiomu

• Thesis title in Czech: Metabolomika při studiu mikrobiomu
• Thesis title in English: Metabolomics in the study of microbiome
• Key words: DSS indukovaný zánět, metabolomika, mikrobiom, spektroskopie nukleární magnetická rezonance, zánětlivé onemocnění střev
• English key words: DSS-induced inflammation, metabolomics, microbiome, nuclear magnetic resonance spectroscopy, inflammatory bowel disease
• Academic year of topic announcement: 2019/2020
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Analytical Chemistry (31-230)
• Supervisor: Marek Kuzma
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 18.12.2019
• Date of assignment: 18.12.2019
• Date of electronic submission: 21.06.2021
• Date of proceeded defence: 02.09.2021
• Opponents: RNDr. Monika Cahová, CSc., Ph.D.

Preliminary scope of work

Zánětlivé onemocnění střev představuje velmi závažné onemocnění s ne zcela objasněnou etiologií a patogenezí. V této práci bylo na modelu myší se zánětem střev vyvolaným dextransulfátem sodným zkoumáno, nakolik se liší změna metabolismu způsobená rozvojem zánětlivého procesu u bezmikrobních a konvenčně kolonizovaných myš. Pro charakterizaci změn byla využita NMR metabolomika vzorků stolice, moči a séra, kombinovaná s jedno- a vícerozměrnou statistickou analýzou. Bylo prokázáno, že metabolická signatura změn u obou typů myší není stejná. U bezmikrobních myší bylo ve stolici nalezeno významné množství sacharidů, jejichž hladina se snížila v průběhu zánětu, protože docházelo k jejich vylučování močí. Bezmikrobní myši na rozdíl od konvenčních také v průběhu zánětu vylučovaly stolicí velké množství aminokyselin.
Nalezené poruchy metabolismu cukrů a proteinů u bezmikrobních zvířat ukazují na závažnou malnutrici vyvolanou zánětem, přičemž výsledky prokazují, že přítomnost mikrobiomu představuje ochranný mechanismus před zásadním rozvratem v organismu.
Studie stability fekálních extraktů zdravých konvenčně kolonizovaných myší potvrdila, že žádný z identifikovaných a kvantifikovaných metabolitů nevykazoval systematické signifikantní změny ani v průběhu několika po sobě jdoucích odběrů v jednom týdnu, ani v rámci několika vzorků odebraných téže myši v jednom dni.

Preliminary scope of work in English

Inflammatory bowel disease is a serious condition with an incomplete etiology and pathogenesis. In this thesis, a mouse model of a DSS-induced inflammation was used to study different changes in the metabolism of germ-free and conventionally raised mice due to the development of the inflammatory process. NMR metabolomics of fecal, urine and serum samples, combined with uni- and multivariate statistical analysis, were used to characterize the changes. It was shown that the metabolic signature of changes differ between germ-free and conventional mice. In sterile mice, significant amounts of carbohydrates were found in feces. Their levels decreased during inflammation as they were excreted in urine. In contrast to conventional mice, germ-free mice also excreted large amounts of amino acids in feces during the developing inflammation.
Disorders of sugar and protein metabolism found in germ-free mice indicate severe malnutrition caused by inflammation, and the results show that the presence of a microbiome represents a protective mechanism against major disruption in the body.
A stability study of fecal extracts of healthy conventionally colonized mice confirmed that none of the identified and quantified metabolites showed systematic significant changes either in several consecutively collected samples in one week or in several samples collected from the same mouse in one day. Thus, the fecal metabolome of the control group can be considered sufficiently stable and the differences detected in the previous part of the thesis can be attributed to the influence of inflammation and / or the absence of the microbiome.