Home About Browse Search
Svenska


Metagenomic characterisation of the gastrointestinal virome of neonatal pigs

Karlsson Lindsjö, Oskar (2016). Metagenomic characterisation of the gastrointestinal virome of neonatal pigs. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2016:84
ISBN 978-91-576-8670-1
eISBN 978-91-576-8671-8
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
6MB

Abstract

Microorganisms that colonise the gastrointestinal tract are responsible for a large portion of the genetic diversity of the body. These microorganisms are of bacterial, archaeal and viral origin. The living space of these microorganisms, the microbiome, holds numerous interactions both between each other and the host. The viral part of the microbiome, the virome, consists of a multitude of virus species. These viruses infect and modulate cells from all three domains of life. Even though viruses have been acknowledged for their abilities to induce disease in its host, knowledge about the total diversity of viruses within the virome, and the role it plays in health and disease, is so far scarce. It is thought that the virome co-evolved with the host and that its establishment in mammals occurs early in life.

The virome can be studied by the use of viral metagenomics, the study of all viral genetic material within a sample. Viral metagenomics was used in this thesis to generate datasets for comparative metagenomics. These datasets were then used for disease investigation and to compare similarities in the viromes of two mammalian species, pigs and humans.

This thesis establishes a methodological framework for studying the virome in mammals, by use of viral metagenomics. A methodology for amplifying the metagenome prior to sequencing was assessed and a software for bioinformatics analysis of viral metagenomes was developed. With the methodologies developed herein, the eukaryotic virome of neonatal piglets suffering from diarrhoea was investigated. Several known enteric viruses were detected using viral metagenomics on healthy and diarrhoeic neonatal piglets. However, no virus was present exclusively within sick or healthy piglets and no virologial cause could be established for the neonatal diarrhoea. Comparative viral metagenomics was also used to establish if similarities existed between neonates of porcine and human origin, as well as between adults and neonates. Similarities were detected between adults of both species, who seems to be sharing a considerable part of their virome. There was also a notable difference between neonatal viromes and adult viromes, further supporting established theories about diversification over time of the virome.

Authors/Creators:Karlsson Lindsjö, Oskar
Title:Metagenomic characterisation of the gastrointestinal virome of neonatal pigs
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Alla högre organismer, så som människor och djur, är koloniserade av ett komplext samhälle av mikroorganismer. Dessa mikroorganismer kallas med ett ord för mikrobiomet. Mikrobiomet innehåller tusentals organismer och är i konstant förändring. Det anpassar sig efter värdens hälsa och dess födointag likväl som efter invasion av skadliga mikroorganismer, infektioner. Till mikrobiomet räknas bakterier, parasiter, arkéer, virus samt de faktorer som påverkar dem.

De virus som uppehåller sig inom mikrobiomet kallas med ett ord för viromet. Viromet påverkar både mikrobiomet och värddjuret. Detta sker både genom direkt påverkan, så som ett virus som infekterar värddjuret och genom indirekt verkan, som ett virus som infekterar en bakterie och därmed överför sjukdomsalstrande egenskaper till den bakterien. Viromet är därmed viktigt att studera då dess egenskaper kan vara avgörande för hälsa såväl som sjukdom.

Tack vare det senaste årtiondets utveckling av sekvenseringsteknologin, den molekylärbiologiska metod med vilken man läser av arvsmassa hos organismer, kan forskare nu läsa arvsmassan i viromet, dessa dataset kallas metagenom. Med hjälp av den informationen kan man härleda vilka olika typer av virus som är närvarande i viromet och därmed få insikter i vilka egenskaper som ett djurs individuella virom har. För att genomföra detta måste man först isolera viromet, vilket sker genom att man reducerar närvaron av värddjurets och andra mikroorganismers arvsmassa. Detta sker genom filtrering, centrifugering och behandling med nukleas, ett enzym som bryter ner fri arvsmassa så att endast skyddad arvsmassa består. Det sista steget är möjligt då viruspartiklar är byggda med en skyddande kapsel, en så kallad virion, som skyddar virusets arvsmassa från att brytas ner av nukleasbehandlingen. Efter behandlingen återstår väldigt lite arvsmassa. För att man ska kunna sekvensera den måste man amplifiera arvsmassan, vilket sker genom två huvudtyper av metoder.

Efter amplifiering genomförs sekvensering och arvsmassan i provet läses av. Den resulterande datamängden uppgår ofta till flera gånger den mänskliga arvsmassan, motsvarande 3000 böcker med runt 600 sidor, och är otroligt komplex. På grund av komplexiteten måste man använda datorer för att kartlägga informationen inuti arvsmassan från viromet. Detta kallas för bioinformatik och är de metoder och program som hanterar biologisk information.

I den här avhandlingen har både den molekylärbiologiska metodbiten och bioinformatiken utvärderats och förbättrats. Ett program har utvecklats för att analysera viromet och visualisera dess innehåll. Metoderna har sedan testats på två fall, ett fall där en möjlig virusinfektion undersöktes i smågrisar och ett fall där man studerade likheter mellan viromet i vuxna djur och späddjur hos människa och gris.

I fallet med spädgrisarna hittades inte något virus som förklarade sjukdomstillståndet. Dock hittades ett antal tidigare kända virus utspridda i de individuella viromen. Tack vara data vid den här studien kunde man nu med säkerhet säga att virus inte orsakade sjukdomen hos smågrisarna. Detta föranledda till det sista fallet, där likheter mellan späddjur och vuxna djur jämfördes. För att göra jämförelsen använde man sig av tre grupper av data förutom det tidigare nämnda: humana spädbarn, vuxna grisar och vuxna människor.

I det sista fallet hittade man gemensamma nämnare för viromet över samtliga grupper i den del av viromet som infekterar bakterier. Även i den del av viromet som infekterar värddjuren hittade man likheter, främst mellan vuxna individer av de två djurslagen. Studien ger en första inblick i hur två arter som lever och utvecklats tillsammans delar egenskaper i sitt virom. Om det här stämmer även vid större studier är det en framtida möjlighet för att modifiera viromet för ökad hälsa och välbefinnande bos både djur och människor.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2016
Depositing date:1 September 2016
Volume:2016:84
Number of Pages:83
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IKarlsson, O. E., Belák, S., & Granberg, F. (2013). The effect of preprocessing by sequence-independent, single-primer amplification (SISPA) on metagenomic detection of viruses. Biosecurity and bioterrorism: biodefense strategy, practice, and science, 11(S1), S227-S234.
IINorling M*, Karlsson-Lindsjö OE*, Gourlé H, Bongcam-Rudloff E, Hayer J (2016) MetLab: An In Silico experimental design, simulation and analysis tool for viral metagenomics studies. PLoS ONE 11(8): e0160334. doi:10.1371/journal.pone.0160334
IIIKarlsson OE§, Larsson J§, Hayer J, Berg M, Jacobson M (2016) The intestinal eukaryotic virome in healthy and diarrhoeic neonatal piglets. PLoS ONE 11(3): e0151481. doi:10.1371/journal.pone.0151481
IVKarlsson Lindsjö OE, Larsson J, Berg M, Jacobson M, Hayer J. (2016) Comparative viral metagenomics of the gastrointestinal virome in neonate and adult humans and domesticated pigs. (manuscript).
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Biomedical Sciences and Veterinary Public Health, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8670-1
ISBN for electronic version:978-91-576-8671-8
ISSN:1652-6880
Language:English
Additional Information:Financial support was obtained from The Swedish Research Council for Environment, Agricultural Sciences and Spatial Planning, Formas (221-2012-586) awarded to Professor Mikael Berg. - The author would like to express special thanks to the EU FP7 Project reference: 612583: "Developing an European American NGS Network” (DEANN). - The author would like to thank the EU COST Action BM1006 Next Generation Sequencing Data Analysis Network SeqAhead for financial support to participate on workshops, training and discussions. - This work was partially supported by the EU FP7 AllBio project [KBBE.2011.3.6-02]. - Funding was also generously provided by HELGE AX:SON JOHNSONS foundation, used for analysis in paper II, III and manuscript IV. - The authors would like to acknowledge support of the National Genomics Infrastructure (NGI) / Uppsala Genome Center and UPPMAX for providing assistance in massive parallel sequencing and computational infrastructure. Work performed at NGI / Uppsala Genome Center has been funded by RFI/VR and Science for Life Laboratory, Sweden. The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:L Animal production > L10 Animal genetics and breeding
L Animal production > L50 Animal physiology and biochemistry
L Animal production > L73 Animal diseases
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Microbiology (Microbiology in the medical area to be 30109)
(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Bioinformatics and Systems Biology (methods development to be 10203)
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 403 Veterinary Science > Pathobiology
Agrovoc terms:swine, piglets, newborn animals, genomics, bioinformatics, diarrhoea, digestive tract microflora, viruses, mammals, mankind
Keywords:Metagenomics, Pig, Bioinformatics, Neonatal, Virome, Microbiome, Neonatal diarrhoea, Comparative metagenomics
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3639
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3639
ID Code:13549
Faculty:VH - Faculty of Veterinary Medicine and Animal Science
Department:(VH) > Dept. of Biomedical Sciences and Veterinary Public Health
External funders:EU FP7 and FORMAS and Helge Ax:sson Johnsson Foundation
Deposited By: Msc Oskar E. Karlsson Lindsjö
Deposited On:05 Sep 2016 08:59
Metadata Last Modified:05 Sep 2016 11:25
Project info:
Name:Prevention of and fight against crime
Acronym:ANI BIO THREAT
ID:HOME/2009/ISEC/AG/191
Programme:DG Home Affairs

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits