Bladders and biomes: Environmental compounds as modifiers of microbiomes, metabolomes, and urothelium

膀胱和生物群落:环境化合物作为微生物群、代谢组和尿路上皮的调节剂

基本信息

  • 批准号:
    10740296
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-08 至 2028-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY / ABSTRACT Bladder cancer (BC) is the tenth most diagnosed cancer in the world, and is strongly linked to environmental chemical exposures including benzo[a]pyrene (BaP). BaP is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and widespread pollutant found in automobile exhaust, tobacco smoke, and charred food, but the mechanisms underlying the links between BaP and BC remain unclear. Additionally, not all individuals exposed to BaP develop BC, indicating that there are additional undefined or individualized risk factors associated with BC. While human cells can metabolize BaP, host-associated microbes can too. Moreover, host-associated microbiomes, like host genomes, are individualized, which could drive differences in host responses to BaP exposure. However, the role of microbes in BC, and specifically, how the gut and urine microbiome modulate exposure to BaP, is largely unexplored. There is a critical need to evaluate chemical-microbe-host interactions in relation to high-risk chemicals – like BaP – on bladder health. The objective of this application is to define microbial metabolism of BaP in vitro and in vivo and asses the effects of this metabolism on the urothelium. BaP along with its metabolites are excreted in urine, have been linked to BC, and can be metabolized by microbes. However, it is unknown if microbial metabolism of BaP is occurring in vivo and how the microbiome may influence this metabolism. Our overarching hypothesis is that microbial metabolism of BaP is playing a role in bladder carcinogenesis. Specifically, we predict that urine and stool microbes can either “toxify” or “detoxify” BaP, with “toxifying” metabolism defined here as that which yields secondary metabolites more damaging or carcinogenic to host cells. In our first aim, we will characterize metabolism of BaP in vitro by urothelial cells and by gut or urinary tract-associated microbes. Host cells and bacteria will be grown in the presence or absence of BaP, separately and together, and we will apply targeted metabolomics (GC-MS) to quantify BaP metabolism. In the second aim, we will characterize metabolism of BaP in vivo through the gut and urine microbiome and metabolome of mouse models with differing microbial community profiles. In aim three, we will evaluate urothelial response (toxicity and inflammation) to BaP exposure in vitro and in vivo using samples from the first two aims. The proposed research is innovative because it represents a substantive departure from the status quo by defining chemical-microbe interactions and their direct impact on the bladder epithelium. This approach will create novel opportunities for bladder health and BC management through microbial community manipulation and engineering. Upon completion of the proposed aims, we will have identified which microbes can metabolize BaP, how they do so, if this metabolism is occurring in vivo, how differing microbial communities influence this metabolism, and how this affects urothelial response. This research is significant because it will establish a novel chemical-microbe-host framework for evaluating chemical safety, bladder health, and BC development.
项目概要/摘要 膀胱癌 (BC) 是世界上第十大确诊癌症,与环境密切相关 化学物质暴露包括苯并[a]芘 (BaP) 是一种多环芳烃 (PAH) 和 汽车尾气、烟草烟雾和烧焦的食物中广泛存在污染物,但其机制 此外,BaP 和 BC 之间的潜在联系仍不清楚,并非所有接触 BaP 的人。 发生 BC,表明存在与 BC 相关的其他未定义或个体化风险因素。 虽然人类细胞可以代谢 BaP,但宿主相关微生物也可以。 微生物组与宿主基因组一样,都是个体化的,这可能会导致宿主对 BaP 反应的差异 然而,微生物在 BC 中的作用,特别是肠道和尿液微生物组如何调节。 暴露于 BaP 的情况在很大程度上尚未被探索,迫切需要评估化学-微生物-宿主相互作用。 与高风险化学物质(如 BaP)有关的膀胱健康该应用的目的是定义。 BaP 的体外和体内微生物代谢,并评估这种代谢对尿路上皮的影响。 BaP 及其代谢物通过尿液排出,与 BC 相关,并且可以通过以下途径代谢: 然而,尚不清楚 BaP 的微生物代谢是否在体内发生以及微生物组如何进行。 我们的首要假设是 BaP 的微生物代谢发挥着重要作用。 具体来说,我们预测尿液和粪便微生物可以“中毒”或“中毒”。 “解毒”BaP,此处的“毒化”代谢定义为产生更多次生代谢物的代谢 对宿主细胞造成损害或致癌 在我们的第一个目标中,我们将通过以下方式表征 BaP 的体外代谢。 尿路上皮细胞以及肠道或尿路相关微生物和细菌将在其中生长。 BaP 是否存在,单独或一起,我们将应用靶向代谢组学 (GC-MS) 来 量化 BaP 代谢在第二个目标中,我们将表征 BaP 在体内通过肠道的代谢。 以及具有不同微生物群落特征的小鼠模型的尿液微生物组和代谢组。 三,我们将使用体外和体内评估尿路上皮对 BaP 暴露的反应(毒性和炎症) 所提出的研究具有创新性,因为它代表了实质性内容。 通过定义化学-微生物相互作用及其对膀胱的直接影响来摆脱现状 这种方法将为膀胱健康和 BC 管理创造新的机会。 微生物群落操纵和工程完成后,我们将拥有 确定了哪些微生物可以代谢 BaP、它们是如何代谢的、这种代谢是否在体内发生、如何进行 不同的微生物群落影响这种新陈代谢,以及它如何影响尿路上皮反应。 研究意义重大,因为它将建立一个新的化学微生物宿主框架来评估 化学品安全、膀胱健康和 BC 发展。

项目成果

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