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Title (eng)
Activation of extracellular pattern recognition receptors by abundant and recurring bacteria in humans
Author
Marcus Krobath
Co-Advisor
Dieter Liebhart
Assessor
Susanne Kreuzer-Redmer
Degree supervisor
Lukas Wisgrill
Description (eng)
Bachelor thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2023
Abstract (eng)
Pattern recognition receptors are an important part of the innate immune system and responsible for identifying pathogenic molecular structures and initiating the immune response by proinflammatory cytokines, chemokines and interferons. One of the most essential pattern recognition receptors are Toll-like receptors that comprise a set of ten subgroups in humans, capable of recognizing a diverse set of conserved bacterial, viral and fungal structures. In this regard, bacterial activation of extracellular Toll-like receptors is of high interest. Recent studies showed that chronic nasal inflammation or viral infection may impact the composition of the host microbiome. Furthermore, an altered microbiome is linked to a variety of diseases and dysregulation of the immune system. For example, allergic disorders in children can be related to a deviated microbiome and changed signaling from Toll-like receptors, possibly resulting from differential exposures to microbes or viral infections. This is the reason why it is essential to understand the interactions of bacteria with the innate immune system and to further decipher altered signaling pathways. To gain insights into the activation profile of Toll-like receptors by bacteria in the human respiratory tract, Toll-like receptor reporter cell lines were used. These cell lines are genetically modified to over-express a human Toll-like receptor and secrete an embryonic alkaline phosphatase upon activation of the respective receptor, which can be quantified photometrically. The selection of bacteria is based on a variety of publications concerning an altered microbiome in context of chronic nasal inflammatory disease or a viral infection. Bacterial species that occurred in an altered amount in ill patients compared to healthy individuals were analyzed. Results showed very distinct activation patterns across all analyzed strains, even within strains of the same species. This demonstrates that the response of Toll-like receptors to each strain must be examined and evaluated independently, since a classification according to a certain species is not necessarily possible. Moreover, there was a significant difference in Toll-like receptor signaling between bacteria that were shown to have a higher or lower prevalence in patients with chronic nasal inflammation. These findings suggest a complex influence from the microbiome on the immune system and disease in humans.
Description (deu)
Bachelorarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2023
Abstract (deu)
Mustererkennungsrezeptoren sind ein wichtiger Bestandteil des angeborenen Immunsystems und verantwortlich für die Erkennung von konservierten molekularen Strukturen sowie in weiterer Folge die Initiation einer Immunantwort durch proinflammatorische Zytokine, Chemokine und Interferone. Eine Gruppe der wesentlichsten Mustererkennungsrezeptoren ist die Familie der Toll-like Rezeptoren. Der Mensch besitzt insgesamt zehn verschiedene Toll-like Rezeptoren, welche dafür verantwortlich sind molekulare Strukturen von Pathogenen zu erkennen. In dieser Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf der bakteriellen Aktivierung von extrazellulären Toll-like Rezeptoren. Neueste Studien zeigten, dass eine chronische Entzündung der oberen Atemwege oder eine virale Infektion die Zusammensetzung des humanen Mikrobioms beeinflussen kann. Außerdem wird eine Veränderung des Mikrobioms mit einer Reihe an Erkrankungen in Verbindung gebracht. Allergische Erkrankungen bei Kindern können zum Beispiel in Verbindung mit einem veränderten Mikrobiom oder gestörter Signalübertragung durch Toll-like Rezeptoren stehen. Um einen Einblick in das Aktivierungsprofil von Toll-like Rezeptoren durch Bakterien der oberen Atemwege zu bekommen, wurden Toll-like Rezeptor Reporter Zelllinien verwendet. Diese Zelllinien sind genetisch modifiziert, sodass sie einen bestimmten humanen Toll-like Rezeptoren überexprimieren und gleichzeitig bei dessen Aktivierung eine Phosphatase sezernieren, welche anschließend photometrisch quantifiziert werden kann. Die Auswahl der Bakterien erfolgte aufgrund von Publikationen, die Änderungen des Mikrobioms als Folge einer Entzündung oder Infektion genauer untersuchten. Es wurden schließlich bakterielle Spezies ausgewählt, welche in einer veränderten Menge in kranken Patienten vorkamen. Die Ergebnisse zeigen, dass es ein sehr diverses Aktivierungsmuster zwischen den unterschiedlichen Bakterien gibt. Dabei zeigen selbst unterschiedliche Stämme derselben Art signifikante Abweichungen, weshalb die Antwort des Immunsystems nicht zwingend nach Spezies eingeteilt werden kann. Außerdem gibt es einen signifikanten Unterschied im Signalverhalten von Toll-like Rezeptoren, wenn Bakterien verglichen werden, welche öfters beziehungsweise seltener in Patienten mit chronischer Entzündung der oberen Atemwege vorkommen. Das legt nahe, dass es einen komplexen Einfluss des Mikrobioms auf das Immunsystem und Krankheiten im Menschen gibt.
Type (eng)
Bachelor theses
Language
[eng]
Persistent identifier
https://phaidra.vetmeduni.ac.at/o:4693
AC number
AC17217676
Number of pages
44
Date issued
2023
License
All rights reserved