Exploring the role of oral microbiota in colorectal cancer

[ES] El cáncer colorrectal (CCR) es uno de los tipos de tumor más frecuente en el mundo. La mayoría de casos (>65%) no están ligados a una predisposición genética, si no que se asocian a factores de riesgo como el envejecimiento, el consumo de alcohol y tabaco, la obesidad, la falta de ejercicio físico, o la dieta rica en carne roja. Además, se han observado cambios en la microbiota intestinal, con un aumento de bacterias orales en el intestino de estos pacientes. La bacteria oral más relacionada con el CCR, Fusobacterium nucleatum es conocida por estar implicada en el desarrollo de enfermedad periodontal. Además, epidemiológicamente, los pacientes con periodontitis tienen un mayor riesgo de padecer CCR. Nuestra hipótesis de partida es que el estado de salud oral puede modular la llegada de bacterias orales al intestino y una vez allí, estas bacterias y su acción pueden estimular la progresión tumoral. Para estudiarlo en esta tesis se comparan las poblaciones microbianas en la boca y en el intestino de pacientes sanos con o sin periodontitis. Para ello primero se validó la secuenciación del gen 16S completo para asignar las bacterias a nivel de especie, y se utilizó para analizar la translocación de bacterias orales al intestino. Después, se analizó el perfil transcripcional de las bacterias en tejido tumoral o tejido sano para identificar potenciales interacciones bacterianas y mecanismos de virulencia. Además, se comparó el perfil transcripcional de las bacterias orales en el tumor con la actividad en el surco gingival. Por último, las interacciones bacterianas identificadas mediante el estudio metatranscriptómico se estudiaron mediante co-cultivos in-vitro. Nuestros resultados indican que los pacientes con periodontitis pero sistémicamente sanos no presentan un mayor paso de bacterias orales al intestino, por tanto probablemente otros factores del huésped sean necesarios. En el tumor encontramos una mayor actividad de bacterias orales e identificamos un conjunto de microorganismos co-activas (Fusobacterium nucleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis, Granulicatella adiacens) que podrían interaccionar. El co-cultivo de estas bacterias por parejas muestra que existen sinergias en su crecimiento y en la capacidad de invasión de células tumorales. Además, en los tumores observamos una menor expresión de genes relacionados con el metabolismo de carbohidratos y una mayor expresión de genes de virulencia. Esto indica una promoción de la inflamación que genera un ambiente del que las bacterias periopatógenas podrían favorecerse. Estudiar las interacciones bacterianas es clave para comprender que mecanismos utilizan para translocarse, adherirse, invadir y/o promocionar la progresión tumoral. Definir estos mecanismos permitirá encontrar nuevas dianas de prevención y tratamiento suponiendo una mejora de la práctica clínica.

[CA] l càncer colorectal (CCR) és un dels tipus de tumor més freqüent al món. La majoria de casos (>65%) no estan lligats a una predisposició genètica, sinó que s'associen a factors de risc com l'envelliment, el consum d'alcohol i tabac, l'obesitat, la manca d'exercici físic o la dieta rica en carn vermella. A més, s'han observat canvis a la microbiota intestinal, amb un augment de bacteris orals a l'intestí d'aquests pacients. El bacteri oral més relacionat amb el CCR, Fusobacterium nucleatum és conegut per estar implicat en el desenvolupament de malaltia periodontal. A més, epidemiològicament, els pacients amb periodontitis tenen més risc de patir CCR. La nostra hipòtesi de partida és que l'estat de salut oral pot modular l'arribada de bacteris orals a l'intestí i, un cop allà, aquests bacteris i la seva acció poden estimular la progressió tumoral. Per estudiar-lo en aquesta tesi es comparen les poblacions microbianes a la boca i a l'intestí de pacients sans amb periodontitis o sense. Per això primer es va validar la seqüenciació del gen 16S complet per assignar els bacteris a nivell d'espècie, i es va utilitzar per analitzar la translocació de bacteris orals a l'intestí. Després, es va analitzar el perfil transcripcional dels bacteris en teixit tumoral o teixit sa per identificar potentcials interaccions bacterianes i mecanismes de virulència. A més, es va comparar l'activitat dels bacteris orals al tumor amb l'activitat al solc subgingival. Finalment, les interaccions bacterianes identificades mitjançant l'estudi metatranscriptòmic s'estudien mitjançant cocultius in-vitro. Els nostres resultats indiquen que els pacients amb periodontitis però sistèmicament sans no presenten un pas més gran de bacteris orals a l'intestí, per tant altres factors de l'hoste han de ser necessaris. Al tumor trobem una major activitat de bacteris orals i identifiquem un conjunt de microorganismes coactius (Fusobacterium nucleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis, Granulicatella adiacens) que podrien interaccionar. El cocultiu d'aquests bacteris per parelles mostra que hi ha sinergies en el creixement i en la capacitat d'invasió de cèl·lules tumorals. A més, als tumors observem una menor expressió de gens relacionats amb el metabolisme de carbohidrats i una major expressió de gens de virulència. Això indica una promoció de la inflamació que genera un ambient del qual els bacteris periopatògens podrien afavorir-se. Estudiar les interaccions bacterianes és clau per comprendre quins mecanismes utilitzen per translocar-se, adherir-se, envair i/o promocionar la progressió tumoral. Definir aquests mecanismes permetrà trobar noves dianes de prevenció i tractament suposant una millora de la pràctica clínica.

[EN] Colorectal cancer (CRC) is one of the most common tumor types worldwide. Most of the cases (>65%) are not linked to a genetic predisposition, but are associated with risk factors such as aging, alcohol and tobacco consumption, obesity, lack of physical exercise, or diet rich in red meat. Furthermore, changes in the intestinal microbiota have been observed, with an increase in oral bacteria in the gut of these patients. The oral bacteria most linked with CRC, Fusobacterium nucleatum, is known to be implicated in the development of periodontal disease. Moreover, epidemiologically, patients with periodontitis have a higher risk of developing CRC. Our initial hypothesis is that oral health can modulate the arrival of oral bacteria to the gut, and once there, these bacteria and the functional output of the microbiota can stimulate tumor progression. To test it, this thesis compares the microbial populations in the mouth and gut of healthy patients with or without periodontitis. Full 16S gene sequencing was first evaluated as a valid method to taxonomically assign bacteria at the species level, and then used to asses translocation of oral bacteria to the gut. The transcriptional profile of bacteria in tumor and healthy tissues was also analyzed to identify potential bacterial interactions and virulence mechanisms. Then, the activity of oral bacteria in the tumor was compared with their transcriptional profile in the gingival sulcus. Finally, the bacterial interactions identified through the metatranscriptomic analyses were studied using in vitro co-cultures. Our results indicate that systemically healthy patients with periodontitis do not exhibit increased translocation of oral bacteria to the gut; therefore, other host factors are probably needed. In the tumor, we found increased activity of oral bacteria and identified a set of co-active organism (Fusobacterium nucleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis, Granulicatella adiacens) that could potentially interact. Co-cultivation of these bacteria in pairs shows synergies in their growth and tumor cell invasion capacity. Furthermore, in the tumors, we observed decreased expression of genes related to carbohydrate metabolism and increased expression of virulence factors. This indicates a promotion of inflammation that generates an environment in which periopathogenic bacteria could benefit. Studying bacterial interactions is key to understanding the mechanisms these microorganisms use to translocate, adhere, invade, and/or promote tumor progression. Defining these mechanisms will allow us to find new targets for prevention and treatment, leading to improved clinical practice.