Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Microbioom-mucine isovorm interacties die de mucosale barrière van het gastro-intestinale stelsel en de vagina verstoren." "Annemieke Smet" "Milieu Ecologie en Toegepaste Microbiologie (ENdEMIC), Laboratorium Experimentele geneeskunde en Pediatrie (LEMP)." "Bij gastrointestinale en reproductieve homeostase is er een intieme interactie tussen mucines (MUCs) en het microbioom die de mucosale barrière integriteit in stand houden. Een verstoring hiervan kan echter zorgen voor het ontstaan van ziekte, zoals chronische darmaandoeningen (IBD) en aërobe vaginitis (AV). Het dunner worden van het mucosale epitheel en een verhoogde expressie van MUC1 en MUC13 bij inflammatie werden reeds gelinkt aan een verstoorde mucosale barrière. Door deze defecte slijmlaag kan de microbiota in nauw contact komen met deze mucines en hierdoor ontsteking en schade aan de mucosa mee in de hand werken. Welke bacteriën interageren met MUC1 en MUC13 bij inflammatie en dysbiose en daaropvolgend de mucosale barrière verstoren bij IBD en AV is tot op heden nog niet gekend. In dit project zullen we eerst de samenstelling en functie van het microbioom alsook de MUC1 en MUC13 mRNA isovormen gelinkt aan IBD en AV in kaart te brengen met behulp van high throughput sequencing technieken. Analyse van de bekomen sequeneringsdata zal toelaten om de microbioom-mucine isovorm interacties bij IBD en AV te ontrafelen. Ten slotte zullen we de mechanismen bestuderen waarmee deze abundante bacteriële soorten interageren met de inflammatie-gerelateerde MUC1 en MUC13 isovormen wat resulteert in verstoring van de mucosale barrière. Hiervoor zullen we gebruik maken van bacteriële mutant systemen en epitheliale organoïd modellen afgeleid van IBD en AV stalen." "Intestinale barrière dysfunctie bij cirrose: het verwerven van nieuwe inzichten door gebruik te maken van ‘single-cell’ en ‘spatial’ transcriptomics" "Schalk Van der Merwe" "Hepatologie, Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "Cirrose is een chronische leverziekte, waarbij de pathofysiologie samenloopt met een toenemend falen van de intestinale barrière. In dit project onderzoeken we de fundamentele vraag op welke manier de intestinale barrière faalt bij cirrose. We zullen ‘single-cell RNA-sequencing’ toepassen om het transcriptionele landschap van epitheliale cellen en immuuncellen van controle – en cirrose patiënten te onderzoeken, dit met de bedoeling de cellulaire en moleculaire verstoringen in kaart te brengen die samenhangen met ziekte. Bijkomend zullen we de cel-cel interacties in de intestinale mucosa van gezonde en zieke patiënten onderzoeken door middel van ‘spatial multi-omics’. Uiteindelijk zullen we de cellulaire en moleculaire pathways die we hierbij identificeerden ook valideren. We verwachten de fundamentele mechanismes te ontrafelen die de intestinale barrière dysfunctie en de bacteriële translocatie uit de darmen veroorzaakt in patiënten met cirrose. Hierdoor zullen we nieuwe therapeutische strategieën identificeren met als doel de hoge mortaliteit geassocieerd met cirrose te verminderen." "De rol van mucosale integriteit en van laag-gradige inflammatie in functionele dyspepsie." "Jan Tack" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "Functionele dyspepsie (FD) is een veel voorkomende functionele gastrointestinale aandoening die gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van symptomen in de maagstreek. Tijdens routine endoscopisch onderzoek wordt er in FD patiënten geen organische oorzaak gevonden die de symptomen zou kunnen verklaren, vandaar de term functioneel. De pathofysiologie van de aandoening is bovendien grotendeels onduidelijk, waardoor de ontwikkeling van effectieve behandelingen uitblijft. De aandoening heeft aanzienlijke implicaties voor zowel de patiënt als de gezondheidszorg, wat het belang van verder onderzoek naar de ontstaansmechanismen van FD benadrukt. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat FD een heterogene aandoening is; zoduidt de grote verscheidenheid aan symptomen op diverse pathofysiologische mechanismen. Studies hebben de aanwezigheid van verschillende afwijkingen in de maag en meer recent in het duodenum van FD patiënten aangetoond. Of deze veranderingen een cruciale rol spelen in het ontstaan van dyspeptische symptomen moet evenwel nog verder onderzocht worden. Hetdoel van dit doctoraatproefschrift was dan ook om de rol van de duodenale abnormaliteiten in de pathofysiologie van FD te bestuderen.In de meerderheid van FD patiënten induceert of verergert voedselinname de klachten. Of deze postprandiale symptomen ontstaan in de maag of in de dunne darm is echter ongekend. We evalueerden daarom het tijdsverloop vandyspeptische symptomen na een maaltijd en vergeleken de intensiteit vandeze symptomen tijdens de aanwezigheid van voedsel in de maag met de symptoomscores wanneer voedsel aanwezig was in de dunne darm. We toonden aan dat de maag een belangrijke rol blijkt te spelen in het ontstaan van een vol gevoel na de maaltijd, een opgeblazen gevoel en boeren, terwijl een brandend gevoel in de bovenbuik en pijn in de bovenbuik veroorzaakt kunnen worden in de dunne darm. Aangezien deze resultaten impliceren datde dunne darm bijdraagt aan het ontstaan van dyspeptische symptomen, hebben we de rol van het duodenum in FD verder onderzocht. Enkele studies hebben de aanwezigheid van laag-gradige inflammatie in het duodenum van FD patiënten aangetoond. Tot op heden is de oorzaak van deze laag-gradige inflammatie echter nog niet bekend, maar onze hypothese was dat FD patiënten een verminderde duodenale barrière functie hebben. Een verhoogde permeabiliteit kan resulteren in een verhoogde passage van luminale antigenen door het epitheel naar de lamina propria. Op deze manier kunnen immuunresponsen in de lamina propria ontstaan, wat kan leiden tot laag-gradige inflammatie. We vonden dat de integriteit van routine endoscopischeduodenale biopten van FD patiënten zowel functionele als structurele afwijkingen vertoonden die duidden op verhoogde permeabiliteit. We hebben ook ontdekt dat patiënten een verhoogd aantal mestcellen en eosinofielenhebben in de lamina propria van het duodenum, wat bovendien geassocieerd was met de veranderingen in duodenale integriteit. Vervolgens onderzochten we de activering van mestcellen en eosinofielen in FD patiënten en hebben ultrastructurele verschillen in degranulatie aangetoond. Aangezien FD gekarakteriseerd is door verhoogde duodenale permeabiliteit en laag-gradige inflammatie, is het belangrijk om te achterhalen welke mechanismen hieraan ten grondslag liggen. Een mogelijke oorzaak is duodenaal zuur, aangezien een verhoogde blootstelling aan zuur in het duodenum is aangetoond in FD patiënten. Om dit te onderzoeken hebben we het duodenumvan gezonde vrijwilligers geperfundeerd met zuur gedurende 30 min en hebben aangetoond dat duodenale zuurperfusie de epitheliale integriteit verstoord en mestcellen activeert.In deze thesis hebben we specifieke dunne darm symptomen geïdentificeerd, waardoor de mogelijke pathofysiologische rol van het duodenum in FD onderstreept wordt. Onze studie is van bijzonder belang, omdat we als eersten een verhoogde duodenale permeabiliteit in FD patiënten aantoonden. We bevestigden daarnaast de betrokkenheid van een inflammatoir mechanisme in de pathofysiologie van FD en rapporteerden dat dit geassocieerd kan zijn met veranderde duodenale barrièrefunctie. Bovendien hebben we aangetoond dat een verhoogde duodenale zuurblootstelling een potentieel mechanisme is in de ontwikkeling van verminderde duodenale integriteit en immuunactivatie. Deze resultaten betwisten het klassieke paradigma dat het gastrointestinaal stelsel van FD patiënten geen structurele afwijkingen vertoond en bewijzen datFD een organische in plaats van een functionele aandoening is. Op basis van onze bevindingen kan gesuggereerd worden dat inhibitoren van mestcel activatie, stabilizatoren van cel-cel adhesie proteïnen en zuurremmers een mogelijke therapie zijn voor de behandeling van FD." "The rural community in sub-Saharan Africa as a reservoir of antibiotic resistance: a case study from Burkina Faso" "Halidou Tinto, Jan Jacobs, Jan Jacobs" "Tropische Bacteriologie" "Antibiotic resistance (ABR) has become a world-wide critical health issue today Over several decades, to varying degrees, bacteria causing common infections have developed resistance to each new antibiotic (AB), and ABR has evolved to become a worldwide concern. In lowincome and middle-income countries (LMICs), AB use is increasing with high rates of hospitalization with overcrowding and understaffing and few resources for efficient hospital control. Adding to problem are inadequate laboratory diagnosis (lack of facilities and trained staff) to inappropriate AB prescribing. Antibiotic resistance, spreading from the hospital towards the community AB resistant pathogens are spreading from the hospital to the community through unsafe water and poor sanitation, as well as through the commensal flora of healthcare workers. In the case of sub- Saharan Africa, there is the barrier between hospital and community is blurred and hospitalization is an important risk factor for acquisition of resistant infection in family members. Likewise, several factors favor the spread of AB resistant bacteria in the community, such poor hygiene at home but also selfmedication and patients’ pressure to AB prescription. Of note, the widespread implementation of malaria rapid diagnostic tests has witnessed an increase use of AB, particularly in the case of a negative malaria diagnosis. The commensal flora: a potential agent of infection Unlike viruses – which penetrate human cells – numerous bacteria are residing on the surface of the skin and the mucosal surfaces of man, living a peaceful life, harmless to the host. This crowded commensal flora however provides an excellent niche for exchange of AB resistance factors (between different bacterial species and genera. Further, although the majority of the commensal flora is harmless, some among them may behave as pathogens awaiting opportunities to invade the host: breaks in the skin (Staphylococcus aureus), destruction of the upper respiratory tract mucosa (Streptococcus pneumoniae), changes in the physiology of the urinary tract (Escherichia coli in asymptomatic bacteriuria of pregnancy) or co-infections (Salmonella after severe malaria). Knowledge of antibiotic resistance rates in the community, a prerequisite for interventions Knowledge of AB resistance rates allows to define or update standard treatment guidelines, they guide appropriate drug supplies and identify the need for infection control measures. Although in sub- Saharan Africa, studies about pathogen distribution and AB resistance rates, most studies are healthcare-facility based, and few studies have studies the AB resistance rates in the community. The case of Nanoro, Burkina Faso, a rural sub-Saharan setting The Clinical Research Unit of Nanoro (CRUN) has been recently conducting AB resistance surveillance studies on invasive bacteria. It has microbiological facilities, trained clinicians and a demographic surveillance system. The present PhD proposal aims to assess AB resistance rates key commensal bacterial species in the community, focusing on those species that were most prevalent in bacteremic children in a recent study in CRUN: Salmonella Enterica, Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli. In addition, relevant virulence factors and molecular hallmarks will be studied, allowing to understand the peculiar clinical presentation of these isolates in sub-Saharan Africa, to understand their pathogenesis and to monitor targets for vaccine development. From Antibiotic Resistance Surveillance to Antibiotic Stewardship Bacterial resistance is increasing worldwide, and has been identified as one of the most serious public health issues of our time by the WHO, and was qualified as a “problem so serious that it threatens the achievements of modern medicine”. Antibiotic stewardship (ABS) programs offer evidence-based tools to control antibiotic prescription rates and thereby influence the incidence of nosocomial infection and contain the development of multidrug-resistant bacteria, but there is limited experience with such programs at hospitals in sub-Saharan Africa, mostly due to lack of leadership and resources" "Nieuwe diagnostische en therapeutische benadering van inflammatoire darmaandoeningen op basis van functionele karakterisering van patiënten: de CrUCCial-index" "Séverine Vermeire" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "The clinical phenotype and the outcome of Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC), the opposite ends of chronic inflammatory bowel diseases (IBD), are heterogeneous and represent the result of a complex interplay of the gut microbiome with the immune system in genetically predisposed individuals. Disease management is much less heterogeneous as all patients are treated using non-specific anti-inflammatory agents, and only 30-50% achieve clinical and mucosal remission -the goal of therapy nowadays- therefore leaving large margins for improvement. The advances in knowledge about the factors triggering disease onset should be translated to approach the disease from a molecular angle. Key cellular pathways have emerged including bacterial recognition, autophagy, endoplasmic reticulum stress and intestinal barrier function. Functional/molecular characterization of these pathways in a given patient, correlation with meaningful clinical outcomes, and tailoring an individual therapeutic approach has never been attempted and will represent a breakthrough in the current paradigm of treating multifactorial inflammatory conditions. This project aims to functionally characterize patients with CD/UC for the major pathways by using integrated (epi)genetic, transcriptomic, immunologic, barrier integrity and metagenomic studies. From these readouts we will construct an index [the Crohn’s and Ulcerative Colitis Characterization and Intervention trial (CrUCCial) index], reflecting the proportional contribution of each of the pathogenic mechanisms in a given patient. We will next study the correlation of this index and its components to meaningful clinical outcomes and finally, the index will be tested in a pilot study of newly diagnosed patients in whom the disease will be targeted individually based on the components of the CrUCCial index. Our approach, from diagnosis over prognosis to therapy, will revolutionize the paradigm of disease management." "Microbes-4-Immunity: single-cell gebaseerde sortering en onderzoek van het functionele microbioom in intestinale en extra-intestinale immuunhomeostase." "Triana Lobatón Ortega, Filip Van den Bosch, Tom Van de Wiele, Debby Laukens, Lars Vereecke" "Vakgroep Biotechnologie, Vakgroep Inwendige ziekten en Pediatrie" "De hoge incidentie van chronische ontstekingen en auto-immuunziekten bij een Westerse levensstijl wordt geassocieerd met het microbioom. Het is echter bijzonder moeilijk om de functionele microbiota te identificeren die immuunontwikkeling en immuunhomeostase moduleren. Dit project zal via flowcytometrische celsortering, toegang tot klinische stalen en een uniek in vitro en in vivo technologie platform nieuwe inzichten genereren in microbe-gastheer interacties." "Het transmembranaire mucine isovorm landschap: een nieuw paradigma in gastro-intestinale barrière verstoring" "Annemieke Smet" "Laboratorium Experimentele geneeskunde en Pediatrie (LEMP)." "Verlies van integriteit van de mucosale darmbarrière is een belangrijke oorzaak van de pathofysiologie van inflammatoire darmziekten (IBD) en colorectale kanker (CRC), maar de rol van transmembranaire mucines, als epitheliale signaalreceptoren die de functie van de barrière moduleren, is niet goed begrepen. Bij een ontsteking zijn afwijkend tot expressie gebrachte transmembranaire mucines het eerste contactpunt tussen de mucosa en de darmmicrobiota die de defecte slijmlaag binnendringen en verstoring van de barrière mee induceren. Bovendien kan de aanwezigheid van genetische verschillen in mucine genen aanleiding geven tot een groot repertoir van diverse mucine mRNA isovormen via alternatieve splicing. Terwijl de meeste isovormen coderen voor eenzelfde biologische functie, hebben andere het potentieel de eiwitfunctie te veranderen wat het ontstaan van ziekte in de hand kan werken. Momenteel zijn de mucine mRNA isovormen die betrokken zijn bij mucosale barrière verstoring niet gekend. Recente resultaten toonden aan dat de transmembranaire mucines MUC1 en MUC13 betrokken zijn bij de verstoring van de mucosale barrière tijdens ontsteking in de darm. Met behulp van een nieuwe sequeneringstechnologieën, ontdekten we ook een groter aantal nieuwe en unieke MUC1 en MUC13 mRNA isovormen in ontstoken colonweefsel van IBD patiënten in vergelijking met gezond darmweefsel. Het doel van dit project is dan ook het verder ontrafelen van de transmembranaire mucine mRNA isovormen die de mucosale darmbarière verstoren bij IBD en darmkanker patiënten en hoe deze isovormen tot stand komen en gereguleerd worden." "Karakterisatie van de infectie en invasie van alfaherpesvirussen in de respiratoire en genitale mucosae" "Hans Nauwynck" "Vakgroep Translationele Fysiologie, Infectiologie en Volksgezondheid" "Alfaherpesvirussen invaderen respiratoire en genitale mucosae. Met het huidig projectvoorstel willen we nagaan hoe ze dit doen. Vooreerst zal de barrière functie van de tight junctions onderzocht worden in beide mucosae en zal de basolateraal gelegen receptor geïdentificeerd worden. Vervolgens zullen de proteasen die betrokken zijn in het doorbreken van de basaalmembraan geïdentificeerd worden en zal hun inductie bestudeerd worden." "De rol van mucosale proteasen en protease-inhibitoren bij inflammatoire darmziekten: van oorzakelijke inzichtingen naar nieuwe therapieën." "Séverine Vermeire" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "Het IBDase project is een Europees FP7 project waarin we in een multidisciplinaire context de rol van proteases en protease inhibitoren in de etiologie en pathogenese van IBD bestuderen. IBD is een mucosale barrière ziekte, waarbij de darm microflora een cruciale rol spelen. De exacte oorzaak van de ziekte is echter niet gekend. Proteases en hun inhibitoren werken in op meerdere niveaus van deze barrière, en zijn onder andere ook van belang voor het knippen van specifieke proteïnes op de buitenste membraan van (darm)bacteriën. Onderzoek naar welke proteases en hun inhibitoren relevant zijn in IBD, en hoe ze juist werken, vraagt dan ook verder onderzoek. We zullen daarom eerst de polymorfismen identificeren die de expressie en/of activiteit van humane proteases/protease inhibitoren beïnvloeden, alsook de genotype/fenotype associaties. In een tweede stap zullen we kijken naar biochemische eigenschappen,expressie in humane klinische stalen, en functie via manipulatie van experimentele modellen (diermodellen, in vitro co-culture modellen, zebravis). Uiteindelijk zullen we minstens drie gevalideerde proteases/protease inhibitoren selecteren als therapeutisch target die zullen opgevolgd worden in clinical trials. De ontwikkeling van deze therapeutica focust zich op specifieke inhibitie of promotie van proteolyse in the intestinale mucosa. Voor meer informatie omtrent dit project, zie ook www.ibdase.org" "Interferentie van luminale componenten aanwezig in het colon met het mucosaal boterzuurmetabolisme in colitis ulcerosa" "Kristin Verbeke" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "Colitis ulcerosa (CU) is een inflammatoire darmziekte die gekarakteriseerd wordt door chronische ontsteking van de mucosa in het colon. De meest voorkomende klinische symptomen zijn bloederige diarree, buikpijn, vermoeidheid en gewichtsverlies. De gebruikelijke therapeutische opties zijn voornamelijk gericht op het verminderen van het ontstekingsproces maar zijn maar gedeeltelijk succesvol en vertonen verschillende bijwerkingen. De exacte pathofysiologische processen die aan de basis van de ziekte liggen, zijn niet gekend. Algemeen wordt aanvaard dat er ontstekingsreacties plaatsvinden als reactie op omgevingsfactoren of bacteriële stimuli in genetisch voorbeschikte personen. De samenstelling van de microbiota in het colon is afwijkend bij patiënten met CU en vermoedelijk speelt die een belangrijke rol in de initiatie en progressie van de ziekteactiviteit. Door bacteriële fermentatie wordt een uitgebreid gamma van luminale colon componenten geproduceerd die in nauw contact staan met de colon mucosa en zo de darmgezondheid kunnen beïnvloeden.In dit PhD project hebben we de rol van de colon componenten in de pathofysiologie van CU bestudeerd. Hun samenstelling werd gekarakteriseerd in fecale stalen van CU patiënten en werd vergeleken met die van gezonde controles. Daarnaast werd hun capaciteit om verschillende darmfunctieparameters te beïnvloeden onderzocht en werden discriminerende fecale componenten geïdentificeerd. Tenslotte werd de veiligheid van een nieuwe, boterzuur-producerende stam onderzocht in gezonde vrijwilligers.In het eerste deel van dit project toonden we aan dat inductie van inflammatie in een epitheliale cellijn de opname en oxidatie van boterzuur verminderde, wat in colonocyten het voornaamste energieproducerend proces is (Hoofdstuk 3). Dit bevestigt de hypothese dat het verstoord boterzuurmetabolisme in het colon van CU patiënten het gevolg is van inflammatie. Gelijktijdige incubatie met boterzuur verhinderde de gedaalde boterzuuroxidatie. Dit geeft aan dat het verhogen van de luminale boterzuurconcentratie therapeutisch potentieel kan hebben in CU patiënten.In het tweede deel karakteriseerden we de microbiële dysbiose in CU, die gekenmerkt werd door een gedaalde biodiversiteit, verlaagde hoeveelheden van boterzuur-producerende species en een verhoogde aanwezigheid van enkele opportunistische pathogenen zoals Helicobacter en Escherichia/Shigella. Analyse van het fecale metaboloom toonde een afwijkende samenstelling van de colon componenten in vergelijking met gezonde controles. Met name de hoeveelheden korte-, middellange- en langeketen vetzuren (KKVZ, MKVZ en LKVZ) waren lager terwijl sommige aminozuren en galzuren gestegen waren in CU (Hoofdstuk 4).Vervolgens onderzochten we de functionele impact van deze microbiële dysbiose door na te gaan of het fecaal water van CU patiënten fysiologische processes, die relevant zijn voor de pathogenese van CU, konden beïnvloeden. Fecaal water van CU patiënten verlaagde de genexpressie van het eerste enzyme van de boterzuuroxidatie in colon cellen (Hoofdstuk 5), verhoogde de epitheliale cytotoxiciteit (Hoofdstuk 6), verminderde de weerstand van de epitheliale barrière (Hoofdstuk 7) en verhoogde de productie van inflammatoire cytokines in humane perifere bloed mononucleaire cellen (Hoofdstuk 8) in vergelijking met fecaal water van gezonde personen. Dit toont aan dat de veranderde samenstelling van fecaal water in CU patiënten een meer uitgesproken nadelig effect heeft op de darmfunctie vergeleken met die van gezonde personen, en suggereert dat de colon componenten mogelijks rechtstreeks darminflammatie kunnen uitlokken, onderhouden of verergeren. Colon componenten die consistent geassocieerd waren met verbeteringen in deze darmfunctieparameters waren de KKVZ, MKVZ en LKVZ terwijl ethanol, dimethyl disulfide en aminozuren geassocieerd waren met een nadelig effect. Dieetinterventies die koolhydraatfermentatie promoten, kunnen de luminale concentraties van deze componenten beïnvloeden en normaliseren en kunnen bijgevolg een veelbelovende strategie zijn om de darmgezondheid in CU te verbeteren.Een alternatieve strategie om de luminale boterzuurconcentraties te verhogen en microbiële dysbiose aan te pakken is het gebruik van boterzuur-producerende bacteriën. In het derde deel van dit project voerden we een explorerende fase 1 studie uit met boterzuur-produceerder Butyricicoccus (B.) pullicaecorum 25-3T in een placebo-gecontroleerde, cross-over opstelling in 30 gezonde vrijwilligers. De interventie werd veilig bevonden en goed getolereerd, wat de weg vrijmaakt voor klinisch gebruik van deze stam en het nagaan van zijn mogelijke therapeutische effecten (Hoofdstuk 9). Daarenboven verhoogde de B. pullicaecorum interventie de totale microbiële diversiteit, wat de promotie van een stabiel en veerkrachtig intestinaal ecosysteem aangeeft.De resultaten verkregen in dit PhD project dragen bij aan de huidige kennis over de pathofysiologie van CU. Microbiële dysbiose leidt tot een gewijzigde productie van componenten in het colon, die de darmgezondheid nadelig beïnvloeden en zo kunnen bijdragen aan de initiatie, het behoud en de progressie van het ontstekingsproces. Veranderingen in het dieet die de ratio van koolhydraat- over proteïnefermentatie promoten, en zo een verhoogde microbiële KKVZ productie induceren, en het beperken van alcoholinname kunnen de darmgezondheid in CU patiënten mogelijks verbeteren."