In vitro analysis of the impact of b-glucan supplementation on the colonic microbiota of pediatric patients with cystic fibrosiS

Abstract

[ES] La fibrosis quística (FQ) es un trastorno genético multisistémico que cursa con alteraciones gastrointestinales que dan lugar a malnutrición y malabsorción de macro y micronutrientes, así como a disbiosis intestinal. Estos problemas cobran especialmente relevancia en pacientes pediátricos, pues suele afectar a su crecimiento además de repercutir negativamente en su estado general de salud. Se conoce relativamente poco, sin embargo, sobre las particularidades del microbioma intestinal en FQ, así como de los posibles beneficios derivados de la administración de suplementos con carácter prebiótico. Así, el objetivo de este trabajo final de grado es analizar el efecto de la administración durante 14 días de ß-glucanos de origen microbiano sobre la microbiota colónica de niños con FQ en comparación con la microbiota de niños sanos (control). Para ello, se hará uso del simulador del entorno gastrointestinal en dinámico SHIME®. Este digestor permite mimetizar todas las etapas de la digestión luminal y varios tramos del colon, como son el proximal y distal. Concretamente, se analizarán los cambios en la diversidad y abundancia relativa de las poblaciones bacterianas en las diferentes etapas del tránsito gastrointestinal mediante secuenciación de las regiones V3-V4 del gen 16S del rRNA, así como sobre la producción de los ciertos metabolitos (lactato y cationes amonio por métodos espectrofotométricos y ácidos grasos de cadena corta por cromatografía) tras la administración del prebiótico. Diversos cambios han sido caracterizados tanto en la composición de la microbiota como en la producción de metabolitos. En el caso de la microbiota, se observa mayor riqueza y diversidad en los donante sanos, pero durante el tratamiento aumenta la abundancia general de la microbiota en FQ. Durante la suplementación con el prebiótico se observó un aumento de géneros beneficiosos (Bifidobacterium, Faecalibacterium y Akkermansia) en el caso de los donantes con FQ, así como una disminución de algunos perjudiciales, asociados con la disbiosis intestinal (Acidaminococcus y Pseudomonas). La producción de metabolitos también se vio afectada, los niveles de lactato y cationes amonio no mostraron una tendencia clara con la aplicación del prebiótico, pero sí se observa un efecto beneficioso en los ácidos grados de cadena corta y ramificada.

[EN] Cystic fibrosis (CF) is a multisystemic genetic disorder with gastrointestinal disorders leading to malnutrition and malabsorption of macro- and micronutrients, as well as intestinal dysbiosis. These problems are particularly relevant in pediatric patients, as they often affect their growth as well as having a negative impact on their general health. Relatively little is known, however, about the particularities of the gut microbiome in cystic fibrosis, as well as the potential benefits of prebiotic supplementation. Thus, the aim of this final degree project is to analyze the effect of 14 days' administration of ß-glucans of microbial origin on the colonic microbiota of children with cystic fibrosis in comparison with the microbiota of healthy children (control). For this purpose, the SHIME® dynamic gastrointestinal environment simulator will be used. This digester allows mimicking all stages of luminal digestion and several sections of the colon, such as proximal and distal. Specifically, changes in the diversity and relative abundance of bacterial populations in the different stages of gastrointestinal transit will be analyzed by sequencing the V3-V4 regions of the 16S rRNA gene, as well as the production of certain metabolites (lactate and ammonia by spectrophotometric methods and short-chain fatty acids by chromatography) after administration of the prebiotic. Different changes have been characterized in both microbiota composition and metabolite production. In the case of the microbiota, greater richness and diversity is observed in healthy donors, but during treatment the overall abundance of the microbiota in CF increases. During prebiotic supplementation, an increase in beneficial genera (Bifidobacterium, Faecalibacterium and Akkermansia) was observed in CF donors, as well as a decrease in some detrimental ones associated with intestinal dysbiosis (Acidaminococcus and Pseudomonas). Metabolite production was also affected, lactate and ammonia levels did not show a clear trend with prebiotic application, but a beneficial effect on short and branched chain fatty acids was observed.