The painted gut

Abstract

Die Ursachen für chronisch entzündliche Darmerkrankungen, wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, sind weitgehend ungeklärt. Neben genetischen Veranlagungen werden Veränderungen in der Zusammensetzung der Darm-Mikrobiota mit den Erkrankungen in Verbindung gebracht. Dabei kann ein Verlust an potentiell gesundheitsfördernden Mikroorganismen beobachtet werden, während die Anzahl an opportunistischen Pathogenen steigt. Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) stellt eine ideale Methode dar um die Häufigkeit derjenigen Mikroorganismen zu bestimmen, die als „intestinale mikrobielle Biomarker“ Aufschluss über den Gesundheitszustand geben können. Ziel dieser Studie war Veränderungen in der Häufigkeit bestimmter mikrobieller Indikator-Spezies in verschiedenen Maus Entzündungsmodellen zu untersuchen. Hierfür wurden neue 16S rRNA-gerichtete FISH-Sonden für den spezifischen Nachweis von 13 abundanten, zum Teil unkultivierten Bakterienarten der Darm-Mikrobiota von Mäusen entwickelt. Die Sonden wurden unter Verwendung mehrerer Methoden systematisch evaluiert. Anschließend wurden drei dieser neu entwickelten Sonden exemplarisch eingesetzt um Veränderungen in der relativen Häufigkeit unkultivierter Arten der Ordnung Bacteroidales über den Verlauf einer Kolitis – von Induktion bis Auflösung der Entzündung – zu bestimmen. Des Weiteren wurden durch den erfolgreichen Einsatz zweier für FISH untypischer Fluorophore erste Erfolge in Richtung der Entwicklung eines neuen multiplex FISH Ansatzes erzielt. Abschließend wurde eine umfassende Liste von bisher publizierten FISH-Sonden für den Nachweis der intestinalen Mikrobiota von Mensch und Tier zusammengestellt und in der Internet-Datenbank probeBase veröffentlicht.Inflammatory bowel diseases (IBD) such as Crohn’s disease and ulcerative colitis are characterized by chronic intestinal inflammation of largely unknown causes. In addition to genetic risk factors that predispose individuals to IBD, the composition of the intestinal microbiota is altered in disease, resulting in the loss of beneficial microbes and increase in opportunistic pathogens. Fluorescence in situ hybridization (FISH) is an ideal method for monitoring the abundance of intestinal microorganisms that can serve as health-state biomarkers. This study aimed to illuminate the abundance shifts and possible role of the microbiota in mouse models of intestinal inflammation, but a suitable set of oligonucleotide probes to target abundant microorganisms has been limited. 16S rRNA gene-targeted FISH probes were developed that are specific for 13 bacterial species-level phylotypes in the mouse gut. The probes were systematically evaluated using multiple approaches. As a proof-of-concept, three newly-designed probes targeting phylotypes within an as-yet completely uncultivable group from the order Bacteroidales were applied to monitor abundance shifts throughout inflammation induction and resolution. The idea of developing a contemporary multiplex FISH approach using mono-labeled probes resulted in the successful application of two fluorophores that are unusual for FISH. Additionally, a comprehensive list of published FISH probes targeting the intestinal microbiota of humans and animals was created