Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9635
Tipo do documento: Dissertação
Título: Modulações do microbioma intestinal : impacto de estados de disbiose induzida por antibióticos sobre parâmetros comportamentais e neuroquímicos ao longo do desenvolvimento de peixes-zebra
Autor: Petersen, Barbara Dutra 
Primeiro orientador: Bonan, Carla Denise
Resumo: Alterações do microbioma podem ocorrer por meio de uma ampla variedade de situações, desde a exposição a produtos farmacêuticos, dieta, estresse, até o local e modo de nascimento. Essas variações agem sobre as vias de sinalização relacionadas ao eixo Microbioma-Cérebro-Intestino, tendo efeitos sobre os processos fisiológicos dos hospedeiros e podem, em última análise, induzir fenótipos alterados, sendo um exemplo o comportamento. Na idade adulta, a estrutura e a funcionalidade do microbioma mostram um alto grau de resiliência. No entanto, as modulações específicas do microbioma podem causar prejuízos à saúde do hospedeiro. Já no período perinatal e na infância, quando ocorre a colonização e a estabilização da comunidade do microbioma, os efeitos das modulações deste podem ser sustentados ao longo da vida do indivíduo por falta de resistência à colonização. Neste estudo, usamos o peixe-zebra como modelo para estudar as implicações comportamentais e neuroquímicas da modulação do microbioma tanto em animais adultos quanto ao longo de seus estágios de vida, quando a manipulação é realizada em larvas. Primeiro, tratamos peixes-zebra adulto com três antibióticos de classes diferentes (Ciprofloxacina, Clortetraciclina ou Ceftazidima) em concentrações ambientalmente relevantes (6,25, 12,5 ou 25 mg/L) por 96 horas e avaliamos a resposta dos animais a uma série de paradigmas comportamentais. Observamos hiperlocomoção, caracterizada por um aumento na distância percorrida, declínio cognitivo e comportamento agressivo exacerbado em pelo menos uma das concentrações testadas de cada antibiótico. Nesses desfechos, investigamos também o envolvimento das nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases (NTPDases), ecto-5’-nucleotidase, e adenosina desaminase, que são enzimas da via de sinalização purinérgica responsáveis pelo controle dos níveis de ATP e adenosina. Além de uma diminuição na hidrólise de ADP no tratamento com Ciprofloxacina 25 mg/L, não encontramos outras alterações nessas análises. Em seguida, avaliamos os efeitos de modulações do microbioma realizadas durante o período de colonização ao longo do ciclo de vida do peixe-zebra. Nós induzimos um cenário de colonização perturbado pela administração de uma mistura previamente descrita dos antibióticos Anfotericina, Canamicina e Ampicilina do 0 ao 7º dpf, após o qual avaliamos os comportamentos exploratório, aversivo e optomotor, bem como a morfologia dos animais. Descobrimos que esse tratamento produziu um padrão de respostas comportamentais deprimidas. De 7 dpf a 14 dpf, alimentamos as larvas com a alimentação usual, consistindo em ração moída e paramécios cultivados com leite em pó ou uma dieta alternativa onde os paramécios foram cultivados em água de infusão de folhas de alface. No 14º dpf, a dieta à base de alface foi capaz de restaurar alguns dos efeitos comportamentais, mas não outros. Do 14º dpf em diante, todos os animais receberam a mesma alimentação de ração e Artemia salina. Quando testados em 45 e 90 dpf, os animais do grupo em que a colonização foi perturbada por antibióticos e que receberam a dieta usual apresentaram fenótipos neurocomportamentais anormais, especialmente aqueles relacionados aos parâmetros de ansiedade. Nossos resultados indicam que perturbações do microbioma pela administração de antibióticos afetam o comportamento natural do peixe-zebra, com efeitos observáveis tanto na exposição aguda a um único medicamento em peixes adultos, quanto em todas as fases da vida após uma única exposição à uma mistura desses compostos em um período larval sensível. Também demonstramos que a dieta inicial pode ser usada para reverter parcialmente os efeitos adversos elicitados pela perturbação da colonização. Em conclusão, este estudo demonstrou que a exposição aos fármacos antibióticos altera o comportamento de peixes-zebra tanto imediatamente após a exposição em animais adultos, quanto por todo o ciclo de vida dos animais quando estes são utilizados durante o período de colonização do microbioma intestinal. Também demonstramos que a dieta pode ser utilizada como uma estratégia terapêutica para reduzir os efeitos da disbiose induzida por antibióticos sobre os comportamentos de peixes-zebra.
Abstract: Microbiome changes may occur via a wide variety of situations, ranging from exposure to pharmaceuticals, diet, s stress, to place and mode of birth. These variations act upon signaling pathways related to the Microbiome-Gut-Brain-Axis having effects on hosts physiological processes, and can ultimately induce altered phenotypes, one example being behavior. In adulthood, the microbiome structure and functionality show a high degree of resilience. Nevertheless, specific microbiome modulations may cause health prejudice for the host. In the perinatal period and infancy, when colonization and stabilization of the microbiome community occurs, on the other hand, the effects of microbiome modulations upon behavioral and neurochemical parameters can be sustained throughout the individual’s life as per lack of colonization resistance. In this study, we used the zebrafish as a model to study the implications of modulating the microbiome both in adult animals and through the life stages, when manipulations were carried as larvae. First, we treated adult zebrafish with three antibiotic drugs of different classes (Ciprofloxacin, Chlortetracycline or Ceftazidime) at environmentally relevant concentrations (6.25, 12.5 or 25 mg/L) for 96 hours and evaluated the animal’s responses to a series of behavioral paradigms. We observed alterations in exploratory, aggressive, and cognitive behaviors. We also investigated the involvement of nucleoside triphosphate diphosphohydrolase, ecto-5’-nucleotidase, and adenosine deaminase, which are the enzymes of the purinergic signaling pathway responsible for the control of ATP and adenosine levels on these outcomes. Aside from a decrease in ADP hydrolysis in the 25 mg/L Ciprofloxacin treatment, we did not find other alterations on these analyses. Next, we evaluated effects of colonization-period microbiome modulations throughout zebrafish’s life cycle. We induced a perturbed colonization scenario by administering a previously described mixture of Amphotericin, Kanamycin and Ampicillin antibiotics from 0 to 7 dpf, after which we evaluated exploratory, aversive and optomotor behaviors as well as morphology. We have encountered that this treatment produced a pattern of depressed responses. From 7 dpf to 14 dpf we fed the larvae either the usual feeding consisting of dry fish food and powdered milk-cultured paramecia or an alternative diet where paramecia were cultured in lettuce leaf infusion water. At 14 dpf, the lettuce-based diet was able to restore some of the behavioral effects, but not others. From 14 dpf forward, all animals received the same feeding of dry fish food and Artemia salina. When tested at 45 and 90 dpf, the animals from the group where colonization was perturbed by antibiotics and the usual fish meal was offered presented abnormal neurobehavioral phenotypes, especially those related to anxiety parameters. Our results indicate that perturbing the microbiome by administration of antibiotics impact the natural behaviors of zebrafish, with observable effects both in acute single-drug exposure of adult fish and throughout all life stages following a single exposure of a mixture of these compounds on a sensitive larval stage. We also showed that diet can be used to partially revert the adverse effects elicited by colonization perturbation. In conclusion, tis study showed that exposure to antibiotic drugs alters the behaviors of zebrafish both immediately following the exposure in adult animals and in the entirety of animals life cycle when these are used in the microbiome colonization period. We also demonstrated that diet can be used as a therapeutic strategy to reduce the effects of antibiotic induced dysbiosis on zebrafish behaviors.
Palavras-chave: Comportamento
Microbiota
Antibióticos
Dieta
Sinalização Purinérgica
Behavior
Microbiota
Antibiotics
Diet
Purinergic Signaling
Área(s) do CNPq: CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Sigla da instituição: PUCRS
Departamento: Escola de Medicina
Programa: Programa de Pós-Graduação em Medicina e Ciências da Saúde
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Restrição de acesso: Trabalho será publicado como artigo ou livro
Prazo para liberar texto completo: 60 meses
Data para liberar texto completo: 19/05/2026
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9635
Data de defesa: 30-Mar-2021
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Medicina e Ciências da Saúde

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
DIS_BARBARA_DUTRA_PETERSEN_CONFIDENCIAL.pdfBARBARA_DUTRA_PETERSEN_DIS365,55 kBAdobe PDFThumbnail

Baixar/Abrir Pré-Visualizar


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.