Microbiome After Bariatric Surgery and Microbial Insights into Surgical Weight Loss
Microbiome après une chirurgie bariatrique et connaissances microbiennes sur la perte de poids chirurgicale
Résumé
Obesity is a worldwide epidemic accompanied by multiple comorbidities. Bariatric surgery is currently the most efficient treatment for morbid obesity and its comorbidities. The etiology of obesity is unknown, although genetic, environmental, and most recently, microbiome elements have been recognized as contributors to this rising epidemic. The role of the gut microbiome in weight-loss or weight-gain warrants
investigation, and bariatric surgery provides a good model to study influences of the microbiome on host metabolism. The underlying goals of my research were to analyze (i) the factors that change the microbiome after bariatric surgery, (ii) the effects of different types of bariatric surgeries on the gut microbiome and metabolism, (iii) the role of the microbiome on the success of bariatric surgery, and (iv) temporal and spatial changes of the microbiome after bariatric surgery. Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) rearranges the gastrointestinal tract and reduces gastric acid secretions. Therefore, pH could be one of the factors that change microbiome after RYGB. Using mixed-cultures and co-cultures of species enriched after RYGB, I showed that as small as 0.5 units higher gut pH can aid in the survival of acid sensitive microorganisms after RYGB and alter gut microbiome function towards the production of weight loss associated metabolites. By comparing microbiome after two different bariatric surgeries, RYGB and laparoscopic adjustable gastric banding (LAGB), I revealed that gut microbiome structure and metabolism after RYGB are remarkably different than LAGB, and LAGB change microbiome minimally. Given the distinct RYGB alterations to the microbiome, I examined the contribution of the microbiome to weight loss. Analyses revealed that Fusobacterium might lessen the success of RYGB by producing putrescine, which may enhance weight-gain and could serve as biomarker for unsuccessful RYGB. Finally, I showed that RYGB alters the luminal and the mucosal microbiome. Changes in gut microbial metabolic products occur in the short-term and persist over the long-term. Overall, the work in this dissertation provides insight into how the gut microbiome structure and function is altered after bariatric surgery, and how these changes potentially affect the host metabolism. These findings will be helpful in subsequent development of microbiome-based therapeutics to treat obesity.
L'obésité est une épidémie mondiale accompagnée de multiples comorbidités. La chirurgie bariatrique est actuellement le traitement le plus efficace de l'obésité morbide et de ses comorbidités. L’étiologie de l’obésité est inconnue, bien que des éléments génétiques, environnementaux et, plus récemment, du microbiome aient été reconnus comme contribuant à cette épidémie croissante. Le rôle du microbiome intestinal dans la perte ou la prise de poids est justifié
L’investigation et la chirurgie bariatrique constituent un bon modèle pour étudier les influences du microbiome sur le métabolisme de l’hôte. Les objectifs sous-jacents de mes recherches étaient d'analyser (i) les facteurs qui modifient le microbiome après une chirurgie bariatrique, (ii) les effets de différents types de chirurgies bariatriques sur le microbiome intestinal et le métabolisme, (iii) le rôle du microbiome sur le succès de la chirurgie bariatrique, et (iv) changements temporels et spatiaux du microbiome après une chirurgie bariatrique. Le pontage gastrique Roux-en-Y (RYGB) réorganise le tractus gastro-intestinal et réduit les sécrétions d'acide gastrique. Par conséquent, le pH pourrait être l’un des facteurs qui modifient le microbiome après le RYGB. En utilisant des cultures mixtes et des co-cultures d'espèces enrichies après le RYGB, j'ai montré qu'un pH intestinal aussi petit que 0,5 unité plus élevé peut contribuer à la survie des micro-organismes sensibles aux acides après le RYGB et modifier la fonction du microbiome intestinal vers la production de métabolites associés à la perte de poids. En comparant le microbiome après deux chirurgies bariatriques différentes, le RYGB et l'anneau gastrique réglable laparoscopique (LAGB), j'ai révélé que la structure et le métabolisme du microbiome intestinal après le RYGB sont remarquablement différents de ceux du LAGB, et que le LAGB modifie le microbiome de manière minime. Compte tenu des altérations distinctes du RYGB dans le microbiome, j’ai examiné la contribution du microbiome à la perte de poids. Les analyses ont révélé que Fusobacterium pourrait diminuer le succès du RYGB en produisant de la putrescine, ce qui pourrait améliorer la prise de poids et pourrait servir de biomarqueur en cas d'échec du RYGB. Enfin, j’ai montré que le RYGB altère le microbiome luminal et muqueux. Les changements dans les produits métaboliques microbiens intestinaux se produisent à court terme et persistent à long terme. Dans l’ensemble, les travaux de cette thèse donnent un aperçu de la manière dont la structure et la fonction du microbiome intestinal sont modifiées après une chirurgie bariatrique, et de la manière dont ces changements affectent potentiellement le métabolisme de l’hôte. Ces résultats seront utiles au développement ultérieur de thérapies basées sur le microbiome pour traiter l’obésité.
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