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Distinct intestinal microbiota phenotypes identify chronic inflammatory diseases
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Autoren
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Lisa Budzinski
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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Toni Sempert
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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Gi-Ung Kang
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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René Maier
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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René Riedel
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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Anne E. Beenken
- Charité Universitätsmedizin, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Berlin
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Tobias Alexander
- Charité Universitätsmedizin, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Berlin
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Maria Roth
- Charité Universitätsmedizin, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Berlin
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Robert Biesen
- Charité Universitätsmedizin, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Berlin
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Benjamin Moser
- Charité Universitätsmedizin, Department of Hepatology and Gastroenterology, Berlin
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Janine Büttner
- Charité Universitätsmedizin, Department of Hepatology and Gastroenterology, Berlin
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Anja Schirbel
- Charité Universitätsmedizin, Department of Hepatology and Gastroenterology, Berlin
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Carl Weidinger
- Charité Universitätsmedizin, Medical Department of Gastroenterology, Infectious Diseases and Rheumatology, Berlin
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Britta Siegmund
- Charité Universitätsmedizin, Medical Department of Gastroenterology, Infectious Diseases and Rheumatology, Berlin
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Bettina Bochow
- Charité Universitätsmedizin, Department of Hepatology and Gastroenterology, Berlin
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Stefanie Bartsch
- Charité Universitätsmedizin, Department of Pediatric Respiratory Medicine, Immunology and Critical Care Medicine, Berlin
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Kathleen Necke
- Charité Universitätsmedizin, Department of Pediatric Respiratory Medicine, Immunology and Critical Care Medicine, Berlin
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Tilmann Kallinich
- Charité Universitätsmedizin, Department of Pediatric Respiratory Medicine, Immunology and Critical Care Medicine, Berlin
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Leonie Lietz
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin; Technische Universität Berlin, Department for Cytometry, Institute of Biotechnology, Berlin
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Jannike L. Krause
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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James Cameron
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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Katrin Lehman
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin - Ein Leibniz Institut, Berlin
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Gitta A. Heinz
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin - Ein Leibniz Institut, Berlin
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Ute Hoffmann
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin
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Mir-Farzin Mashreghi
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin - Ein Leibniz Institut, Berlin
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Andreas Radbruch
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin - Ein Leibniz Institut, Berlin
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Hyun-Dong Chang
- Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin – Ein Leibniz Institut, Schwiete Labor für Mikrobiota und Entzündung, Berlin; Technische Universität Berlin, Department for Cytometry, Institute of Biotechnology, Berlin
| Veröffentlicht: | 31. August 2022 |
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Gliederung
Text
Introduction: A hallmark of chronic inflammatory diseases (CID) and autoimmune diseases is an alteration of the intestinal microbiota, also called dysbiosis. Experimental animal models strongly suggest that such a dysbiosis contributes to the disease. In clinical studies microbial 16S rRNA gene profiling by next generation sequencing has greatly contributed to our understanding of taxonomic alterations of the microbiome in disease, but has failed so far to conclusively identify bacteria or bacterial communities contributing to disease pathogenesis.
Methods: We are using multi-parametric flow cytometry to analyze the human intestinal microbiota from stool samples on the single cell level and assess phenotypic properties of the bacteria, which may be important for the microbe-host interaction. We analyze the coating of patient’s intestinal microbiota by isotype-specific staining of the host´s immunoglobulins IgA1, IgA2, IgM, IgG to capture the immunological context of their recognition by the host immune system. In addition, we characterize microbial surface sugars with specific plant lectins, which may indicate metabolic conditions, adhesive ability and bacteria-host-crosstalk.
Results: Using our method, we can discriminate distinct microbial community phenotypes in patients with different chronic inflammatory diseases (Crohn’s disease, ulcerative colitis, IgG4-related disease, juvenile idiopathic arthritis, rheumatoid arthritis). Further by the application of machine-learning approaches, we can delineate phenotypic clusters that allow robust classification of disease entities.
Conclusion: Our approach suggests that we can use multi-parametric microbiota flow cytometry of stool samples for diagnosis and disease-monitoring but also to identify intestinal microbial communities specific for certain diseases and potentially playing a role in disease pathogenesis.
