Microbial characterization of different bread-making processes and assessment of their impact on human intestinal dysbiosis and inflammatory bowel disease

Abstract

Inflammatory bowel disease (IBD) is a group of immune-mediated chronic inflammatory intestinal conditions of multifactorial etiology. Unfortunately, there are still some gaps in its pathophysiology and, therefore, in its treatment. Compelling evidence has demonstrated the role of the gut microbiome on IBD. Furthermore, manipulating the gut microbiome has become a promising tool for many medical conditions. In particular, prebiotic products can help improve gut health in IBD subjects by modulating the gut microbiome.

This thesis aims to describe the potential of traditional and modern bread to modulate the gut microbiome and improve gut health in IBD subjects. For this purpose, a characterization of the microbial ecology throughout different bread-making processes was conducted by high-throughput sequencing of the 16S and 18S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) genes. The impact of the different ingredients and methods of bread-making on the nutritional composition of the final baked bread was assessed. An in vitro study with fecal samples (n=6) as well as an in vivo randomized clinical trial (n=23) were conducted to evaluate the potential of traditional and modern breads on gut microbiome and irritable bowel syndrome (IBS)-like symptomatology in IBD patients. Changes in fecal microbiota composition were assessed either by quantitative polymerase chain reaction (qPCR) or high-throughput sequencing of the 16S rRNA gene. Specific metabolomics analyses targeting different short-chain fatty acids (SCFA) were performed. Clinical IBS-like symptomatology was assessed through medical questionnaires and inflammatory parameters

La malaltia inflamatòria intestinal (inflammatory bowel disease, IBD) és un grup de malalties intestinals inflamatòries cròniques immunomediades d'etiologia multifactorial. Malauradament, encara hi ha algunes llacunes en la seva fisiopatologia i, per tant, en el seu tractament. Diferents evidències han demostrat el paper del microbioma intestinal en IBD. A més, la manipulació del microbioma intestinal ha esdevingut una eina prometedora per a una multitud de condicions mèdiques. En particular, els productes prebiòtics poden ajudar a millorar la salut intestinal en pacients amb IBD a través de la modulació del microbioma intestinal.

Aquesta tesi té com a objectiu descriure el potencial dels pans tradicionals i moderns per a modular el microbioma intestinal i millorar la salut intestinal en pacients amb IBD. Per fer-ho, s'ha dut a terme una caracterització de l'ecologia microbiana al llarg de diferents processos d'elaboració del pa mitjançant seqüenciació d'alt rendiment dels gens de l'àcid ribonucleic ribosòmic (ribosomal ribonucleica acid, rRNA) 16S i 18S. S'ha avaluat l'impacte dels diferents ingredients i mètodes de preparació del pa en la composició nutricional final. Es va realitzar un estudi in vitro amb mostres fecals (n=6), així com un assaig clínic aleatoritzat in vivo (n=23) per avaluar el potencial dels pans tradicionals i moderns en el microbioma intestinal i la sintomatologia similar a la síndrome del intestí irritable (irritable bowel syndrome, IBS) en pacients amb IBD. Els canvis en la composició de la microbiota fecal es van evaluar mitjançant la reacció en cadena de la polimerasa quantificativa (quantitative polymerase chain reaction, qPCR) o la seqüenciació d'alt rendiment del gen rRNA 16S. Es van realitzar anàlisis metabòlics específics dirigits a diferents àcids grassos de cadena curta (short-chain fatty acids, SCFA). La sintomatologia clínica de tipus IBS es va avaluar mitjançant qüestionaris mèdics i paràmetres inflamatoris