Influence of intestinal Coriobacteriia on host metabolism

Viehof-Beckmann, Alina; Hornef, Mathias Walter; Clavel, Thomas

doi:45348

Influence of intestinal Coriobacteriia on host metabolism

Viehof-Beckmann, Alina^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Alina Viehof-Beckmann, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Clavel, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Hornef, Mathias Walter (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-08

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-04496
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1034053/files/1034053.pdf

Einrichtungen

Projekte

DFG project G:(GEPRIS)403224013 - SFB 1382: Die Darm-Leber Achse – Funktionelle Zusammenhänge und therapeutische Strategien (403224013) (403224013)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Es ist bekannt, dass Darm-Mikrobiota und ihre Metabolite den Stoffwechsel des Wirtes beeinflussen, aber nur wenige der involvierten Bakterien sind bisher beschrieben worden. In Studien mit Nagetieren und Menschen wurden Veränderungen des Wirtsstoffwechsels mit der Anwesenheit von Coriobacteriia, die Gallensäuren dekonjugieren und dehydrogenieren können und Lipasen exprimieren, in Verbindung gebracht. Gnotobiotische Mausexperimente, die von einer ehemaligen Doktorandin des Labors durchgeführt wurden, zeigten, dass die Kolonisierung mit vier Coriobacteriia Spezies zu erhöhten Plasma Cholesterin Werten führte. Darüber hinaus verdoppelte sich die Masse des weißen Fettgewebes bei den mit Coriobacteriia besiedelt Mäusen, die ein mit primären Gallensäuren angereichertes Futter erhielten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Coriobacteriia eine kausale Rolle im Wirtsstoffwechsel spielen, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind noch nicht bekannt. Ziel dieser Doktorarbeit war es, zu untersuchen, ob und wie Coriobacteriia, insbesondere die Spezies Eggerthella lenta und Collinsella aerofaciens, Veränderungen im Wirtsstoffwechsel verursachen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Auswirkungen der Kolonisierung von gnotobiotischen OMM12-Mäusen mit E. lenta auf das Leber-Proteom und das Colon-Metabolom untersucht. E. lenta hat den Darm der Mäuse stabil und in hoher relativer Abundanz kolonisiert. Dies hatte keine signifikante Auswirkung auf das Leber-Proteom, während sich das Metabolom im Colon zwischen den Kolonisationsgruppen signifikant unterschied. Die Werte für Kreatin, Sarkosin, N,N-Dimethylarginin und N-Acetyl-DL-Methionin waren bei Mäusen, die mit E. lenta kolonisiert waren, verringert, während der Latifolicin-C-Säure Wert erhöht war. Im zweiten Teil wurden die Auswirkungen der Kolonisierung von keimfreien Mäusen mit den vier Coriobacteriia Spezies Adlercreutzia mucosicola, C. aerofaciens, E. lenta und Lancefieldella parvula (CORIO) in Kombination mit Diäten mit unterschiedlichem Fettgehalt bzw. Supplementierung mit primären Gallensäuren auf den Wirtsstoffwechsel untersucht. Da die Besiedlung mit den CORIO Stämmen jedoch nicht erfolgreich war, wurden keimfreie und spezifisch pathogenfreie (SPF) Mäuse, die die verschiedenen Diäten erhielten, verglichen. Interessanterweise hatten die keimfreien Mäuse im Vergleich zu den SPF-Mäusen einen deutlich verlängerten Dünndarm, unabhängig von den verschiedenen Diäten. Im dritten Teil wurde C. aerofaciens detaillierter untersucht. Insgesamt wurden 14 Stämme, die aus humanen Stuhlproben isoliert wurden, analysiert, und alle wiesen eine konsistente zellgebundene Lipase Aktivität auf. Gnotobiotische Mausexperimente wurden mit dem C. aerofaciens Typstamm durchgeführt, um die Einflüsse auf die intestinale Lipidabsorption unter Verwendung stabiler isotopenmarkierter Lipide zu untersuchen. C. aerofaciens kolonisierte erfolgreich alle Darmregionen, wobei die Zelldichten im Caecum und Colon höher waren. Bei Mäusen, die mit Futter angereichert mit primären Gallensäuren gefüttert wurden (Probenahme eine Stunde nach der Gavage mit markierten Lipiden), und bei Mäusen, die mit fettreichem Futter gefüttert wurden (Probenahme sechs Stunden nach der Gavage), war der Plasmaspiegel an markierten Fettsäuren bei den C. aerofaciens-monokolonisierten Mäusen höher als bei den keimfreien und SPF Kontrollmäusen. Eine statistische Signifikanz wurde jedoch nur bei den C. aerofaciens-monokolonisierten Mäusen im Vergleich zu den SPF Mäusen, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden und bei denen die Probenahme sechs Stunden nach der Gavage erfolgte, erreicht. Um die potentielle klinische Relevanz der bakteriellen Lipasen zu untersuchen, wurde im letzten Teil das Vorkommen dominanter Lipase-positiver Bakterien, einschließlich C. aerofaciens, in Stuhlmikrobiota von 338 Teilnehmern einer humanen Kohorte (16S rRNA Gen Amplikon Profile) im Zusammenhang mit verfügbaren Körperparametern analysiert. Regressionsanalysen ergaben einen signifikanten positiven Zusammenhang zwischen der kumulativen relativen Abundanz der Lipase-positiven Bakterien und mehreren Stoffwechselparametern des Wirts, einschließlich eines höheren Körperfettgehalts und erhöhten Blutfettwerte. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit liefern weitere Beweise für die Rolle von Coriobacteriia in der metabolischen Gesundheit. Die Identifizierung der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen erfordert jedoch weitere Untersuchungen.

The intestinal microbiota and their metabolites are known to influence host metabolism, but only few bacteria involved have been described. In studies with rodents and humans, alterations in host metabolism have been associated with the presence of Coriobacteriia, which can deconjugate and dehydrogenate bile acids (BAs) and express lipases. Gnotobiotic mouse experiments performed by a former PhD student from the lab showed that colonisation with four Coriobacteriia species resulted in increased plasma cholesterol levels. In addition, white adipose tissue (WAT) mass doubled in Coriobacteriia-colonised mice fed a diet supplemented with primary BAs. These results indicate that Coriobacteriia play a causal role in host metabolism, but it remains unclear how. The aim of this PhD thesis was to investigate whether and how Coriobacteriia, specifically Eggerthella lenta and Collinsella aerofaciens, mediate changes in host metabolism. In the first part of this work, the effects of colonising gnotobiotic OMM12 mice with E. lenta on the liver proteome and gut metabolome were investigated. E. lenta stably colonised the mouse intestine at high relative abundances. It had no significant effect on liver proteomes, whereas the colon metabolome differed significantly between colonisation groups. While creatine, sarcosine, N,N dimethylarginine, and N-Acetyl-DL-methionine were decreased in E. lenta-colonised mice, latifolicinin C acid was elevated. In the second part, the effects of colonising germfree (GF) mice with the four Coriobacteriia species Adlercreutzia mucosicola, C. aerofaciens, E. lenta, and Lancefieldella parvula (CORIO) in combination with diets differing in fat content and primary BAs on host metabolism were investigated. However, as the CORIO strains did not colonise, the GF and specific pathogen-free (SPF) mice fed the different diets were compared. Most interestingly, GF mice had a significantly elongated small intestine compared to SPF mice, regardless of diet. In the third part, C. aerofaciens was studied in more detail. A total of 14 strains, isolated from human faeces, were analysed and all exhibited a consistent cell-bound lipase activity. Gnotobiotic mouse experiments were performed with the C. aerofaciens type strain to investigate its effects on intestinal lipid absorption using stable isotope-labelled lipids. C. aerofaciens successfully colonised all regions of the gut, with higher cell densities in the caecum and colon. In mice fed chow supplemented with primary BAs (sampled one hour after gavage of the labelled lipids), and in mice fed chow high in fat (sampled six hours after gavage), levels of labelled fatty acids (FAs) in plasma were higher in the C. aerofaciens-monocolonised mice compared to GF and SPF controls. However, statistical significance was only reached for the C. aerofaciens-monocolonised mice fed the high-fat diet (HFD) and sampled six hours after gavage compared to corresponding SPF mice. In the last part, to assess the potential clinical relevance of bacterial lipase, the occurrence of dominant lipase-positive bacteria, including C. aerofaciens, in the stool microbiota of 338 participants from a human cohort (16S rRNA gene amplicon profiles) was analysed in relation to host body parameters. Regression analyses revealed a significant positive association between the cumulative relative abundance of lipase-positive bacteria and several host metabolic parameters, including higher body fat content and blood lipids. The results of this this PhD thesis provide further evidence for the role of Coriobacteriia in metabolic health. The identification of underlying molecular mechanisms require further investigations.

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