Project

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Characterization of the microbiological, immunological and metabolic changes observed in malnutrition - a translational research study

English title Characterization of the microbiological, immunological and metabolic changes observed in malnutrition - a translational research study
Applicant Vonaesch Pascale
Number 177877
Funding scheme Return CH Advanced Postdoc.Mobility
Research institution Department of Epidemiology and Public Health Swiss Tropical and Public Health Institute Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Medical Microbiology
Start/End 01.09.2019 - 31.10.2020
Approved amount 125'727.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Medical Microbiology
Immunology, Immunopathology
Pathophysiology
Physiology : other topics

Keywords (9)

bile acids; immunology; acute malnutrition; prokaryome; microbiota; pathophysiology; Africa; translational research; Systems biology

Lay Summary (German)

Lead
Unterernährung betrifft weltweit 150 Millionen Kindern. Es ist somit eines der wichtigsten Themen der internationalen Gesundheit. Nichtsdestotrotz haben wir bis heute keinen effizienten Behandlungsmöglichkeiten für chronisch unterernährte Kinder (=Kinder, die zu klein sind für ihr Alter) und viele der akut unterernährten Kinder (= Kinder die zu dünn sind) erleiden einen Rückfall, sobald sie aus den Rehabilitationsprogrammen entlassen werden. Dies hat vor allem damit zu tun, dass wir die zu Grunde liegenden, pathophysiologischen Zusammenhänge nicht oder zu wenig verstehen. Das Projekt befasst sich mit translationeller Forschung, das heisst es versucht Zusammenhänge zu verstehen, deren Resultate dann in medizinische Therapien umgesetzt werden können.
Lay summary

Inhalt und Ziele des ForschungsprojektsDas Projekt befasst sich damit, die Darmflora von normal-ernährten oder unterernährten Nomandenkindern aus Äthiopien zu studieren. In einer ersten Phase vergleichen wir die Darmflora von Nomadenkindern mit unterschiedlichem Ernährungszustand. Dies erlaubt es festzustellen, ob unterernährte Kinder spezifische Veränderungen in ihrer Darmflora haben. 

Die Darmflora wird direkt durch die Nahrung beeinflusst. Milch ist bei Nomadenkindern eines der Grundnahrungsmittel, während die Ernährung von sesshaften Völkergruppen vor allem stärkereiche Lebensmittel wie Maniok oder Reis beinhaltet. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die Darmflora von Nomadenkindern eine andere Zusammensetzung hat als die der Kinder sesshafter Familien. In einer zweiten Phase vergleichen wir die Darmflora und Unterernährungs-induzierten Veränderungen in der Darmflora von Nomadenkindern mit der Darmflora von gleichaltrigen sesshaften Kindern. Dies wird uns zeigen, ob die induzierten Veränderungen von der Ernährung der Kinder abhängen oder ob diese universell sind.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des ForschungsprojektsEin besseres Verständnis der Darmfloraveränderungen in unterernährten Kindern wird es in Zukunft erlauben, Massnahmen zu entwickeln, um die Darmflora wieder ins Gleichgewicht zu bringen und somit eine langfristigere Rehabilitierung ihres Wachstums zu ermöglichen. Bevor allerdings gezielte und weltweit einsetzbare Therapien entwickelt und getestet werden können, muss bewiesen werden, ob Kinder mit unterschiedlichen Ernährungsgrundlagen ähnliche Muster an mikrobiellen Veränderungen aufweisen oder ob diese Veränderungen vielmehr ernährungsspezifisch sind und somit personalisierte Therapien entwickelt werden müssen.

Direct link to Lay Summary Last update: 04.12.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Emergence of Antimicrobial Resistance and Interaction between Humans, Animals and Environment
(2020), Emergence of Antimicrobial Resistance and Interaction between Humans, Animals and Environment, in Zinsstag Jakob (ed.), CAB International, Wallingford, UK, 217.
Immunoglobulin recognition of fecal bacteria in stunted and non-stunted children: findings from the AFRIBIOTA study
(2020), Immunoglobulin recognition of fecal bacteria in stunted and non-stunted children: findings from the AFRIBIOTA study, in Microbiome, 8, 113.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Jijiga University Ethiopia (Africa)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Seminar series Individual talk Modulating the microbiota for better health 15.09.2020 Department of Fundamental Microbiology, University of Lausanne, Switzerland Vonaesch Pascale;
Fortbildung Gastroenterologie - von der Forschung zur Praxis Individual talk The microbiota, undernutrition and malabsorption 03.09.2020 Universitätsspital Bern (zoom), Switzerland Vonaesch Pascale;
VetSuisse Seminar series Individual talk The enemy within: Stunted child growth, the microbiota and malabsorption 25.06.2020 VetSuisse Fakultät Bern, Switzerland Vonaesch Pascale;
Joint Microbiological Colloquium Individual talk Stunted child growth, the microbiota and malabsorption 06.02.2020 Universität Tübingen, Germany Vonaesch Pascale;
Dr. Seminare Endo/Diab 2020 Individual talk Stunted child growth, the microbiota and malabsorption 18.12.2019 Basel, Universitätsspital, Switzerland Vonaesch Pascale;
IFIK seminar series Individual talk Stunted child growth, the microbiota and malabsorption 13.12.2019 Bern, Institut für Infektionskrankheiten, Universität Bern, Switzerland Vonaesch Pascale;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Microbiota, gut health and malnutrition – towards healthy growth for all Talk 21.07.2020 Zoom, Switzerland Vonaesch Pascale;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
152159 Characterization of the microbiological, developmental, immunological and metabolic changes observed in pediatric environmental enteropathy. 01.01.2015 Early Postdoc.Mobility

Abstract

This project aims at characterizing the pathophysiological changes observed within the gut ecosystem in the context of chronic (stunting) and acute (wasting) malnutrition, with a focus on the pro- and eukaryotic microbiota. Malnutrition remains one of the most pressing global health problems. Worldwide, one out of four children below the age of five years is affected by stunting and roughly one out of fourteen children suffers of acute malnutrition. Nevertheless, pathophysiological mechanisms leading to these two syndromes remain poorly understood. In addition, no treatment is available for stunting and there is still a large fraction of children that relapse after treatment for acute malnutrition. We hypothesize that the gut ecosystem, especially the composition of the pro- and eukaryotic community, plays a major role in the pathophysiology of stunting and acute malnutrition and in the relapse observed after treatment for acute malnutrition. The primary objective of this project is to describe the pro- and eukaryotic community residing within the small and large intestine of children suffering of stunting/ and or acute malnutrition and to compare it to healthy children living in the same area. The secondary objective is to link these changes to disturbances in the mucosal immune system, the bile acid composition as well as to a syndrome called environmental enteropathy (EE), a chronic inflammation of the small intestine recently correlated with stunting and acute malnutrition.The project analyses the gut ecosystem of children living in Bangui, Central African Republique, and Antananarivo, Madagascar (stunting, 920 children aged 2-5 years, Afribiota project) and the Gode region of Ethiopia (acute malnutrition, 374 nomadic children aged 1-5 years, Woreda project). I initiated and co-coordinated the Afribiota project for which recruitment will end at the end of 2017. The analyses for the Afribiota project are ongoing. The project proposed for the Advanced Postdoc Mobility Fellowship (18 months) encompasses the analysis of the final dataset. For the Woreda project, a biobank has already been established and will be exploited for the project described for the return grant (12 months). Characterization of the microbiota will be performed by amplicon sequencing (16S and 18S), bile acid profiling by liquid chromatography/multiple-reaction monitoring-mass spectrometry (UPLC-MRM-MS)) and cytokine/immunoglobulin profiling by Luminex analysis. Environmental enteropathy will be characterized through the current gold-standard test, the dual sugar absorption test (lactitol-mannitol test). Integration of the data and exploratory data analysis will be performed using the statistical program R.A better understanding of the dysbiosis (harmfull changes in the microbiota composition) will allow to tackle the disease by designing targeted interventions aimed at re-establishing a healthy equilibrium, e.g. by re-inserting missing strains or administering prebiotics (complex carbohydrates), which enhance the growth of beneficial strains while suppressing harmful communities.
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