OMICS APPROACH TO INVESTIGATE THE ROLE OF ENTERIC BACTERIA IN METABOLIZING FOOD COMPONENTS

The aim of the present PhD thesis was to explore the metabolic response of intestinal bacteria to food components by using ‘omics’ approaches. In particular, the first part of this thesis was focused on the effect of linoleic acid on Bifidobacterium breve DSM 20213 strain. Firstly, an untargeted metabolomics-based approach was used to explore the primary changes in metabolic profile of this strain grown in presence of linoleic acid. Secondly, the gene expression of B. breve DSM 20213 induced by linoleic acid exposure was investigated. Integrated use of metabolomics/transcriptomics was applied to better understand the response mechanisms to linoleic acid stress. In the third part of the thesis, using a combination of metagenomics and metabolomics, the in vitro large intestine fermentation of gluten-free rice cookies containing alfalfa seed was investigated. In the last part of my PhD, the negative effect of β-glucuronidase producing bacteria was evaluated by means of qualitative high-resolution mass spectrometry. Based on my experience there is not a gold standard approach for evaluating a complex environment such as the gastrointestinal tract. For this reason, an integrated use of different techniques should be mandatory to have an accurate framework of gut microbiota composition, its potential metabolic network and the impact on the host physiology and health.

In questa tesi di Dottorato, l’obiettivo era valutare l’impatto di diversi ingredienti alimentari sul metabolismo di alcuni batteri intestinali e viceversa, mediante l’applicazione di tecniche omiche. Utilizzando le tecniche di metabolomica e trascrittomica, è stata studiata la risposta all’acido linoleico del ceppo Bifidobacterium breve DSM 20213. Utilizzando un approccio combinato di metagenomica e metabolomica, è stato possibile studiare le modifiche a carico del microbiota intestinale, del profilo fenolico e degli acidi grassi, in biscotti senza glutine (a base di erba medica) durante digestione e fermentazione in vitro. Inoltre, è stato valutato come alcuni batteri potessero interferire negativamente su una terapia farmacologica a base di Diclofenac, un farmaco usato per alcune patologie intestinali. Per questo tipo di studio è stata utilizzata la spettrometria di massa ad alta risoluzione, che ha consentito di ipotizzare un coinvolgimento dell’enzima batterico β-glucuronidasi. Una sola tecnica omica, seppure di ultima generazione, non permette di valutare tutte le modificazioni del microbiota intestinale data la complessità dei fattori coinvolti. Per questa ragione, integrare più approcci omici potrebbe risultare una buona strategia per analizzare il reale impatto del microbiota sulla salute dell’ospite. Questo permetterebbe di valutare le interazioni microbiota-ospite, i principali metabolismi e le interconnessioni tra gruppi batterici coinvolti nella risposta ad uno stimolo esterno come l’assunzione di particolari ingredienti con l’alimentazione.