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Dynamics and consequences of nutrition-related microbial dysbiosis in early life

English title Dynamics and consequences of nutrition-related microbial dysbiosis in early life
Applicant Vonaesch Pascale
Number 194545
Funding scheme Eccellenza
Research institution Swiss Tropical and Public Health Institute Department of Epidemiology and Public Health University of Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.01.2021 - 31.12.2025
Approved amount 1'152'236.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Experimental Microbiology
Pathophysiology

Keywords (10)

pathophysiology; prospective birth cohort; undernutrition; epigenetics; animal models; metabolic syndrome; overnutrition; microbiota; translational research; double burden of malnutrition

Lay Summary (German)

Lead
Fehlernährung in der Schwangerschaft und im Kindesalter werden zunehmend als wichtiger Risikofaktor für Fettleibigkeit und metabolische Beschwerden bei Erwachsenen anerkannt. In Ländern mit tiefem Einkommen ist vor allem die doppelte Belastung durch Unterernährung im Kindesalter und der Fettleibigkeit im Erwachsenenleben stark am steigen. Die Darmmikrobiota, die Summe aller Mikroorganismen, die unseren Darm besiedeln, scheint dabei eine zentrale Rolle zu spielen. Allerdings sind die genauen Zusammenhänge zwischen der Darmmikrobiota und metabolischen Störungen noch nicht erforscht. Dies macht es schwierig, gezielte Behandlungsmethoden zu entwickeln, um diesen Teufelskreis zu durchbrechen.
Lay summary

Die Erforschung dieser Mechanismen ist das Ziel dieses Projektes. Wir vermuten, dass eine „dysbiotische Mikrobiota“, das heisst eine veränderte Darmmikrobiota mit möglicherweise gesundheitsschädigender Wirkung, während des Geburtsprozesses von der Mutter auf ihr Kind übertragen wird und die metabolische Gesundheit von Säuglingen langfristig verändert. Wir werden diese Hypothese in einer menschlichen Kohorte adressieren, welche wir zusammen mit dem Lao Tropical and Public Health Institute innerhalb einer bestehenden Mehrgenerationskohorte (VITERBI) rekrutieren werden. Zudem werden wir die zugrunde liegenden Kausalzusammenhänge in Zell- und Tiermodellen experimentell testen. 

Die Erkenntnisse dieses Projektes werden es uns ermöglichen, gezielte, die Darmmikrobiota verändernde Therapien zu entwickeln, welche das Darmökosystem wieder stabilisieren und den Kindern ein gesundes Wachstum ermöglichen. Zudem werden sie uns das beste Zeitfenster aufzeigen, um solche Therapien mit dem grössten Erfolg einzusetzen.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.11.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

Early life under- and overnutrition (jointly termed malnutrition) is increasingly recognized as an important risk factor for adult obesity and metabolic syndrome. Obesity is of major concern in low- and middle-income countries, where under- and overnutrition may co-exist within an individual either concomitantly or at different stages in life (“double burden of malnutrition”). A growing body of evidence has highlighted the central role of the intestinal microbiota for understanding physiological responses to nutritional intake. In this project, I will investigate the pathophysiological mechanisms linking early life malnutrition to metabolic disease in later life. I hypothesize that the microbiota plays a crucial role in this trajectory and that the pathophysiological mechanisms underlying under- and overnutrition are, to some extent, shared. I further hypothesize that a “dysbiotic microbiota” (i.e. changed microbial function with possibly health-deteriorating effect) is transmitted to children during the birth process, altering infants’ microbiota composition and metabolic health. I have the unique opportunity to explore these questions in a newly established multi-generational birth cohort in Lao People’s Democratic Republic and deepen the analysis of the underlying causal relationships in animal models. In the frame of this project, I will set-up a prospective birth cohort with 225 mother-infant pairs embedded within the Laotian multi-generation cohort. The mothers will be recruited from three groups: over-, undernourished and normal weight mothers (control group). Using next generation sequencing and measurements of metabolic health, I will assess these children for conserved metabolic, epigenetic and microbial changes and will investigate possible associations within this triad. While human studies are essential to determine relevant associations, only an experimental approach allows disentangling of the underlying causal relationships. I will investigate the trajectory from early life malnutrition to obesity/metabolic syndrome using conventional animal models of early life under- and overnutrition as well as germfree mice recolonized with human faecal samples. Further, using isolated bacterial taxa and consortia, cell culture assays and different techniques of molecular biology, I will elucidate the molecular mechanisms underlying this microbiota-host crosstalk and investigate if and how these changes are sustained over time. In conclusion, this project will combine human studies with experimental laboratory models to provide molecular insights into the mechanisms linking malnutrition-induced early life dysbiosis to metabolic health in later life.
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