UnveilMe: Unveiling the role of microbial metabolites in human infant development

Siden forrige rapport har vi ferdigstilt et arbeid hvor vi har undersøkt induksjon av fukose i tarmepitel som respons på Bacteroides caccae i en musemodell. Vi har nylig vist at dette er en av de mest prevalente tarmbakteriene hos spedbarn. Hypotesen er at denne bakterien kan indusere sin egen næringskilde. Denne hypotesen har utgangspunkt i et funn fra tidlig på 90-tallet, da Jeffrey Gordon og Tore Midtvedt viste at bakterien Bacteroides thetaiotaomicron kan indusere fukose i tarmen til bakteriefrie mus. Disse dataene er nå under behandling og bearbeiding for publisering. Videre har vi i perioden, gjennom analyse av mer enn tusen prøver, vist at amming er den viktigste faktoren for å forklare overgangen fra en spedbarnslik tarmflora til sammensetningen av kortkjedede fettsyrer. Vi har påvist en kvantitativ sammenheng mellom graden av amming og mengden smørsyre i spedbarnets tarm. Vi har også funnet indikasjoner på at eksponering mot sporedannende bakterier kan ha betydning for overgangen til en smørsyreproduserende tarmflora. Siden smørsyre kan ha en stor innvirkning på allergiutvikling, kan dette funnet ha betydelig potensial for folkehelsen. I tillegg har det blitt holdt et Webinar (Juni 2024) om tarmmikrobiotaens utvikling hos spedbarn i regi av Nestlé, rettet mot personer i helse-sektoren. Fokuset i den avsluttende perioden er å få ferdigstilt og publisert de to siste arbeidene i prosjektet.

Humans have evolved as an integral part of the microbial world, and we cannot live without bacterial services. We exploit microbial metabolic capacities in order to produce short chain fatty acids (SCFA), and other essential metabolites. SCFAs are key metabolites for humans, being the main energy source for gut epithelial cells, immune modulation, and glucose production. Microbial exposure during infancy represents a crucial part of a human life, as it is essential for immunological and developmental programming. SCFAs represent the main microbial metabolites that affect infant maturation and immunological development. Recent evidence suggests that there are age-related windows of opportunities for microbial and SCFA exposure during infancy. If these are not met, the result may be aberrant, lifelong cognitive and immunological disorders. This paricularily relates to the two main SCFAs butyrate and propionate. The primary hypothesis in this application is that a shift in the propionate to butyrate ratio during infancy is important for proper immunological- and developmental maturation. This project will address the gut microbiota/SCFA in the transition from an infant- to and adult-like composition and the function. We will focus on SCFAs due to their essential role in gut and immunological maturation. We will further focus on the key SCFA metabolites propionate and butyrate, and the main metabolic pathways of formation. Our analytical approach will first be to establish correlation patterns between SCFA and the microbiota composition and function at different age categories (WP1). Then we will use prior knowledge about metabolic pattern associations to derive mechanistic models related to SCFA metabolism in the infant gut (WP2). Finally, we will test the mechanistic models by in vitro and in vivo experimental studies (WP3-WP5). The project main deliverable will be a mechanistic understanding of SCFAs and microbiota during human infant development/maturation.