The microbiome of bacterial vaginosis - clinical studies and model biofilms

Gottschick, Cornelia

This work focuses on different aspects of the vaginal disorder bacterial vaginosis (BV). After (i) the identification of a new compound against BV, and (ii) the in vivo application of this compound and vaginal and urinary microbiota analyses, (iii) metatranscriptomics were applied on the vaginal microbiome, (iv) ending with a new in vitro multispecies biofilm model. First, different compounds were tested on a Gardnerella vaginalis biofilm model. Amphoteric tensides were effective either alone or in combination with the antibiotic metronidazole. Second, the amphoteric tenside sodium cocoamphopropionate (SCAP) was formulated into a pessary and its safety, tolerability and effectiveness was evaluated in a randomized controlled clinical trial. Patients with BV were included into the study and received the pessary after they had been treated with the antibiotic metronidazole. WO 3191 was safe and tolerated well but was not able to reduce BV recurrence. Vaginal fluid and urine samples were obtained from BV patients and from healthy women and were analysed using Illumina 16S rRNA gene sequencing. Vaginal microbial profiles of BV patients were more diverse than those of healthy women and the most common species in BV were Lactobacillus iners, Prevotella bivia, Sneathia amnii and P. amnii. The L. crispatus dominated vaginal microbial community observed in health could not be restored after metronidazole treatment and L. iners was the most abundant species after treatment. Most urinary microbial community profiles (urotypes) were similar in health and BV. However, the L. crispatus urotype was only identified in healthy women and was not restored after metronidazole treatment. These findings suggest that supporting L. crispatus in the vaginal and urinary microbiota after incidents of BV may have beneficial health outcomes. Third, metatranscriptomic analyes were performed on vaginal fluid samples. G. vaginalis was the most active species in BV and upregulated functional pathways related to biofilm formation. After metronidazole treatment, either L. crispatus or L. iners dominated the community and covered different functional patterns. Lastly, a multispecies biofilm model containing G. vaginalis, A. vaginae and L. crispatus was developed. Metronidazole promoted L. crispatus growth whereas SCAP promoted the growth of G. vaginalis and A. vaginae thus highlighting the importance of multispecies biofilm models in compound research against polymicrobial diseases.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Bakterieller Vaginose (BV). Sie beginnt mit (i) der Identifikation einer Substanz gegen BV, gefolgt von (ii) deren in vivo Anwendung und der Mikrobiomanalyse der Vaginalflüssigkeit und des Urins. Danach wird (iii) das vaginale Metatranskriptom beschrieben, bevor am Ende (iv) die Substanz einem in vitro Multispezies-Biofilm-Modell getestet wird. Zuerst wurden verschiedene Substanzen an Gardnerella vaginalis-Biofilmen getestet. Dabei waren amphotere Tenside wirksam. Dann wurde das amphotere Tensid Natriumcocoamphopropionat (SCAP) als Vaginalzäpfchen (WO 3191) formuliert und in einer klinischen Studie auf seine Sicherheit, Verträglichkeit und Wirksamkeit geprüft. BV-Patienten erhielten WO 3191, nachdem sie mit Metronidazol behandelt worden waren. WO 3191 erwies sich als sicher und verträglich, konnte rezidivierende BV aber nicht reduzieren. Vaginalsekret- und Urinproben von BV-Patienten und einer gesunden Kontrollgruppe wurden mittels der Illumina 16S rRNA Gen Sequenzierung analysiert. Die bakteriellen Gemeinschaften der BV-Patienten hatten eine größere Diversität als die von gesunden Frauen. Am häufigsten kamen Lactobacillus iners, Prevotella bivia, Sneathia amnii und P. amnii vor. Nach der Behandlung mit Metronidazol konnte die bei gesunden Frauen beobachtete, von L. crispatus dominierte bakterielle Gemeinschaft, nicht wiederhergestellt werden und L. iners war die häufigste Spezies. Bakterielle Gemeinschaften im Urin (Urotypen) waren bei erkrankten und gesunden Probanden ähnlich. Der von L. crispatus dominierte Urotyp wurde nur bei gesunden Frauen und nie nach Metronidazol-Behandlung beobachtet. Demnach könnte sich eine erhöhte Abundanz von L. crispatus in Vagina und Urin nach einer BV-Erkrankung positiv auf die Gesundung auswirken. Im Anschluss wurden Metatranskriptomanalysen des Vaginalsekrets durchgeführt. G. vaginalis war die aktivste Spezies in der BV. Nach der Behandlung mit Metronidazol dominierten entweder L. crispatus oder L. iners und zeigten unterschiedliche Funktionsprofile. G. vaginalis Biofilme könnten eine Rolle bei der Entstehung von rezidiver BV spielen. Zuletzt wurde ein Multispezies-Biofilm-Modell mit G. vaginalis, A. vaginae und L. crispatus entwickelt. Metronidazol förderte das Wachstum von L. crispatus. SCAP hingegen förderte das Wachstum von G. vaginalis und A. vaginae. Diese Ergebnisse zeigen die Bedeutung von Multispezies-Biofilm-Modellen für polymikrobielle Biofilm-Erkrankungen.

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Gottschick, Cornelia: The microbiome of bacterial vaginosis - clinical studies and model biofilms. 2017.

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