Impact of integrase inhibitors on gut and oral microbiome
- Autores: Pablo Villoslada Blanco
- Directores de la Tesis: José Antonio Oteo Revuelta (dir. tes.), Patricia Pérez Matute (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de La Rioja ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 198
- Títulos paralelos:
- Impacto de los inhibidores de la integrasa sobre el microbioma intestinal y oral
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carmen Muñoz Almagro (presid.), Aránzazu Portillo Barrio (secret.), María Jesús Villanueva Millán (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biotecnológicas por la Universidad de La Rioja y la Universidad de Zaragoza
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Dialnet
- Resumen
- español
La infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es considerada actualmente como una enfermedad crónica gracias al uso del tratamiento antirretroviral (TAR). Sin embargo, a pesar del TAR, estos pacientes pueden presentar un estado de inmunoactivación e inflamación crónica, así como un incremento de la translocación bacteriana (TB). La presencia de estos hechos es considerada un predictor de futuros eventos clínicos y de mortalidad en estos pacientes. Además, los cambios en la microbiota intestinal (MI) inducidos por la infección por el VIH y por el ART podrían estar relacionados con este estado inflamatorio crónico. En este sentido, el papel de los inhibidores de la integrasa (IINs), terapia preferente en los pacientes naïve, sobre la MI (bacterioma) no ha sido analizado en profundidad. Tampoco se han desarrollado estudios concluyentes sobre el impacto de la infección por VIH y/o el TAR en el viroma, a pesar de que los virus son el componente más abundante de la MI en los seres humanos. El objetivo de esta tesis fue caracterizar en profundidad la composición de la MI (incluyendo bacterioma y viroma) y el bacterioma oral en pacientes infectados por el VIH en comparación con una población no infectada y analizar el impacto de los IINs. Para lograr este objetivo se reclutaron 26 voluntarios no infectados por el VIH y 30 pacientes infectados por el VIH (15 naïve y 15 bajo tratamiento con IINs). Se extrajeron muestras de sangre para analizar parámetros bioquímicos y marcadores de TB, inflamación, riesgo cardiovascular, permeabilidad intestinal y metabolismo bacteriano. La composición del bacterioma intestinal y oral fue analizado mediante secuenciación del gen del ARNr 16S y la composición del viroma intestinal se estudió mediante secuenciación “shotgun”.
Nuestros resultados mostraron que la infección por el VIH incrementó la TB, la inflamación, el riesgo cardiovascular y la permeabilidad intestinal, mientras que los IINs contrarrestaron estos efectos. En cuanto al bacterioma intestinal, la reducción en la riqueza bacteriana inducida por la infección por el VIH fue restaurada por los IINs (p<0,05 naïve vs. control en los índices Observed features y Chao1 index). La β-diversidad reveló que los pacientes infectados por el VIH estaban separados del grupo control independientemente del tratamiento (p<0,05 naïve vs. control and p<0,05 IINs vs. control). Considerando el viroma intestinal, los resultados mostraron que los bacteriófagos son los virus más abundantes y diversos en el intestino independientemente de la infección por VIH y del tratamiento. Ni la infección por el VIH ni el tratamiento con IINs tuvo un efecto sobre la composición de los virus eucariotas. Por otro lado, la infección por VIH se vio acompañada de una disminución en la riqueza de fagos que fue revertida tras el tratamiento (p<0,01 naïve vs. control en el índice de Observed features y p<0,05 naïve vs. control en el índice Fisher’s alpha). La β-diversidad de los fagos reveló que las muestras de pacientes infectados por el VIH agrupaban de manera separada con respecto a las pertenecientes al grupo control (padj<0,01 naïve vs. control y padj<0,05 IINs vs. control). Sin embargo, cabe mencionar que las muestras procedentes de pacientes tratados se encontraban más agrupadas entre sí que aquellas procedentes de pacientes naïve. El análisis de la abundancia diferencial de los fagos mostró un incremento de la clase Caudoviricetes en el grupo naïve con respecto al grupo control (padj<0,05) y una disminución de la clase Malgrandaviricetes en el grupo tratado con respecto al grupo control (padj<0,001). Además, se observó que el tratamiento con IINs no fue capaz de revertir el incremento en los fagos lisogénicos asociados a la infección por VIH (p<0,05 vs. control) ni modificar la disminución observada en la abundancia relativa de los fagos que infectan al filo Proteobacteria (p<0,05 vs. control). Finalmente, con respecto al bacterioma oral, nuestro estudio fue incapaz de detectar diferencias en la α-diversidad y en la β-diversidad, aunque sí que se observaron algunos taxones bacterianos incrementados en el grupo naïve y en el grupo tratado en comparación al grupo control.
En conclusión, esta Tesis Doctoral muestra que los TARs actuales basados en IINs son capaces de revertir el impacto de la infección por el VIH en la TB, la inflamación sistémica, la permeabilidad intestinal y la riqueza bacteriana, alcanzando niveles similares a los observados en una población control no infectada. Además, nuestro estudio describe por primera vez el impacto del VIH y los IINs en el viroma intestinal y demuestra que los tratamientos basados en IINs son capaces de restaurar la disbiosis intestinal tanto a nivel bacteriano como vírico. Estos resultados sugieren un efecto protector de los IINs en la progresión de la enfermedad, en la subsecuente activación inmune y en el desarrollo de futuras complicaciones relacionadas con la edad como los eventos cardiovasculares y, por tanto, abre numerosas oportunidades para desarrollar nuevos estudios focalizados en terapias coadyuvantes basadas en la microbiota.
- English
Human immunodeficiency virus (HIV) infection is now considered a chronic disease thanks to the extended use of antiretroviral treatment (ART). However, chronic immune activation, inflammation, and increased bacterial translocation (BT) could persist in these patients despite ART. These facts have been described as predictors for clinical events and mortality in these patients. Gut microbiota (GM) changes induced by HIV infection and ART seem to be related to such inflammatory state. The role of integrase strand transfer inhibitors (INSTIs), the preferred choice for the treatment of naive patients, on GM (bacteriome) has not been deeply investigated. There are also no studies focused on the effects of HIV infection and/or ART on gut virome, despite the fact that viruses are the most abundant components of human GM. The main objective of this Doctoral Thesis was to deeply characterize GM composition (both bacteriome and virome) and oral bacteriome of HIV-infected patients in comparison with non-HIV-infected subjects, and to analyse the impact of INSTIs-based treatments. To accomplish this objective, 26 non-HIV-infected volunteers and 30 HIV-infected patients (15 naive and 15 under INSTI-regimen) were recruited. Blood samples were extracted to analyse biochemical parameters and markers of BT, inflammation, cardiovascular risk, gut permeability, and bacterial metabolism. Gut bacteriome composition and oral bacteriome composition was analysed using 16S rRNA gene sequencing and gut virome composition was studied using shotgun sequencing.
Our results showed that HIV-infection increased BT, inflammation, cardiovascular risk, and gut permeability, whereas INSTIs counteracted these effects. Regarding gut bacteriome, the reduction in bacterial richness induced by HIV infection was restored by INSTIs (p<0.05 naive vs. control Observed features and Chao1 estimator indexes). β-diversity revealed that HIV-infected people were separated from the control group independently of treatment (p<0.05 naive vs. control and p<0,05 INSTIs vs. control). Considering gut virome, the results showed that bacteriophages are the most abundant and diverse viruses in the gut independent from the HIV status and the use of treatment. Neither HIV infection nor INSTIs-based treatment had an effect on eukaryotic viruses composition. On the other hand, HIV infection was accompanied by a decrease in phage richness which was reverted after INSTIs-based treatment (p<0.01 naive vs. control Observed features index and p<0.05 naive vs. control Fisher’s alpha index). β-diversity of phages revealed that samples from HIV-infected patients clustered separately from those belonging to the control group (padj<0.01 naive vs. control and padj<0.05 INSTIs vs. control). However, it is worth mentioning that samples coming from INSTIs-treated patients grouped more closely together compared to naive patients. Differential abundant analysis showed an increase in phages belonging to the Caudoviricetes class in the naive group compared to the control group (padj<0.05) and a decrease of Malgrandaviricetes class phages in the INSTIs-treated group compared to the control group (padj<0.001). Besides, it was observed that INSTIs-based treatment was not able to reverse the increase of lysogenic phages associated with HIV infection (p<0.05 vs. control) or to modify the decrease observed on the relative abundance of Proteobacteria-infecting phages (p<0.05 vs. control). Finally, with respect to oral bacteriome, our study was unable to detect differences neither in α-diversity nor in β-diversity between the three groups analysed, although some taxa were revealed to be increased in the naive group and in the INSTIs-treated group compared to controls.
In conclusion, this Doctoral Thesis shows that current antiretroviral regimens based on INSTIs are able to reverse the impact of HIV infection on BT, systemic inflammation, gut permeability, and gut bacterial diversity/richness reaching similar levels than those observed in an uninfected/control population. Besides, our study describes for the first time the impact of HIV and INSTIs on the gut virome and demonstrates that INSTIs-based treatments are able to partially restore gut dysbiosis, not only at the bacterial, but also at the viral level. These results suggest a protective role of INSTIs in disease progression, in subsequent immune activation, and in the development of future age-related complications such as cardiovascular events and opens several opportunities for new studies focused on microbiota-based therapies.
- español
