Marie-Therese Eckstein

• The human body is colonized by trillions of microbes from all three domains of life – eukaryotes, bacteria and archaea. The lower gastrointestinal tract is the most densely colonized part of the body, harbouring a diverse and dynamic community of microbes. While the importance of bacteria in this so-called microbiota is well acknowledged, the role of commensal fungi remains underexplored. The most prominent fungus of the human gastrointestinal microbiota is Candida albicans. This fungus occasionally causes life-threatening disseminatedThe human body is colonized by trillions of microbes from all three domains of life – eukaryotes, bacteria and archaea. The lower gastrointestinal tract is the most densely colonized part of the body, harbouring a diverse and dynamic community of microbes. While the importance of bacteria in this so-called microbiota is well acknowledged, the role of commensal fungi remains underexplored. The most prominent fungus of the human gastrointestinal microbiota is Candida albicans. This fungus occasionally causes life-threatening disseminated infections in individuals with debilitated immune defences. It is this “pathogenic” facet that has received the most attention from researchers in the past, leaving many aspects of its “commensal” lifestyle understudied. Using gnotobiotic mice as a model system to explore the biology of C. albicans in the mammalian gut, in this dissertation I establish the global response of the host to C. albicans monocolonization as well as the spatial distribution of the fungus in the intestine in the context of co-colonization with single gut bacterial species. The fungus elicited transcriptome changes in murine intestinal tissue, which included the activation of a reactive oxygen species-related defence mechanism and the induction of regulators of the circadian clock circuitry. Both responses have previously been described in the context of a complete bacterial microbiota. Imaging the intestine of animals monocolonized with the fungus or co-colonized with C. albicans and the gut bacteria Bacteroides thetaiotaomicron or Lactobacillus reuteri revealed that the fungus was embedded in a B. thetaiotaomicron-promoted outer mucus layer in the murine colon. The gel-like outer mucus constitutes a unique microhabitat, distinct in microbial composition from the adjacent intestinal lumen. This finding indicates that bacteria can shape the specific microhabitat occupied by the fungus in the intestine. Overall, the results described in this dissertation suggest that gnotobiotic mice constitute a valuable tool to dissect multiple aspects of the interactions among host, commensal fungi and cohabiting bacteria.…
• Der menschliche Körper beheimatet Billionen von Mikroorganismen aus allen drei Domänen des Lebens – Eukaryoten, Bakterien und Archaeen. Der menschliche Dickdarm ist dabei das am dichtesten besiedelte Organ des Körpers. Er beherbergt eine sehr diverse und dynamische Gemeinschaft von Mikroorganismen. Während die Relevanz der so genannten Mikrobiota weitreichend anerkannt ist, wurde die Bedeutung der kommensalen Pilze bisher noch vernachlässigt. Der am häufigsten vorkommende Pilz im menschlichen Gastrointestinaltrakt ist Candida albicans. DerDer menschliche Körper beheimatet Billionen von Mikroorganismen aus allen drei Domänen des Lebens – Eukaryoten, Bakterien und Archaeen. Der menschliche Dickdarm ist dabei das am dichtesten besiedelte Organ des Körpers. Er beherbergt eine sehr diverse und dynamische Gemeinschaft von Mikroorganismen. Während die Relevanz der so genannten Mikrobiota weitreichend anerkannt ist, wurde die Bedeutung der kommensalen Pilze bisher noch vernachlässigt. Der am häufigsten vorkommende Pilz im menschlichen Gastrointestinaltrakt ist Candida albicans. Der Hefepilz kann vor allem in Patienten mit geschwächtem Immunsystem zum Ursprung lebensbedrohlicher Krankheiten werden. Diese Pathogenität des Pilzes wurde in den letzten Jahren ausführlich beleuchtet, wohingegen die kommensalen Aspekte des Pilzes vernachlässigt wurden. In dieser Dissertation habe ich, mit Hilfe von gnotobiotischen Mausmodellen, (i) das Leben von C. albicans im Säugetierdarm untersucht, (ii) die Reaktion des Wirts auf diese Kolonisierung ermittelt, (iii) sowie das Kolonisierungsverhalten und die Interaktionen von verschiedenen Darmbakterienspezies und C. albicans erforscht. Durch die alleinige Kolonisierung des Darms mit Candida albicans konnte ich Veränderungen im Transkriptom der Darmepithelzellen nachweisen, wie etwa die Aktivierung einer reaktiven Sauerstoffspezies-vermittelten Wirtsantwort und die Induktion von mehreren Regulatoren des zirkadianen Rhythmus. Beide dieser Wirtsreaktionen wurden zuvor nur in der Anwesenheit einer bakteriellen Mikrobiota nachgewiesen. Durch die Visualisierung der Pilzzellen im Darm während der Monokolonisierung, sowie während der Kolonisierung des Darms mit dem Pilz und den Darmbakterien, Bacteroides thetaiotaomicron oder Lactobacillus reuteri, konnten wir zeigen, dass der Pilz den von B. thetaiotaomicron neu geschaffenen Lebensraum, die äußere Mukusschicht, besiedeln kann. Diese äußere gelartige Mukusschicht ist ein einzigartiger Lebensraum, welcher sich stark von der inneren, sterilen Mukusschicht unterscheidet. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass einzelne Bakterienspezies den Lebensraum des Pilzes verändern können. Zusammenfassend konnte ich feststellen, dass die gnotobiotischen Mausmodelle sich sehr gut eignen, um die unterschiedlichen Aspekte der kommensalen Kolonisierung des Darms durch C. albicans, sowie dessen Interaktionen mit dem Wirt und den anwesenden Bakterien zu untersuchen.…