Methodological preparation and characteritzation of the microbial ecology on the skin

Abstract

The study of skin microbiota has always been focused from a clinical point of view. However, an ecological approach to the skin microbiota is impeded by different methodological limitations, including the high host/microbial DNA ratio or the low microbial content. In contrast with the burgeoning field of gut metagenomics, skin metagenomics has been hindered by the absence of an efficient methodology to work with skin microbial DNA. This thesis aims to settle the basis for further human skin microbiome studies from a systems approach. I have set four different important approaches for a ecological and systematic view of skin: 1) I have tested and compared a method to construct NGS libraries from trace amounts of DNA, allowing to work with very rare samples, and performing multiple functional experiments on the same sample; 2) I have defined a method to isolate the microbial DNA from a skin sample, to perform actual metagenomic studies. We have proved the utility of the method by constructing 2 metagenomic libraries from mouse skin biopsies; 3) I have tested the relationship between microbial diversity and unrelated phenotypes in mouse skin samples; 4) I have analyzed the host phenotypical spectra, characterized what it is metabolic health, and assessed the relationship between health and microbiota.

L’estudi de la microbiota de la pell ha estat sempre enfocat cap a un punt de vista clínic. No obstant, una aproximació ecològica a la microbiota cutània és impossibilitada per multiples limitacions metodològiques, que inclouen la baixa ràtio de DNA hospedador/DNA comensal o la baixa quantitat absoluta de DNA microbià. En contrast al pròsper camp de la metagenòmica intestinal, la metagenòmica cutània ha estat obstaculitzada metodològicament, i per això, aquesta tesi intenta sentar les bases per al futur de l’estudi del microbioma cutàni i la aplicació d’una aproximació de sistemes. He aplicat quatre aproximacions importants per a la observació sistemàtica i ecològica de la pell: 1) He testat i comparat un mètode per construir llibreries de NGS a partir de traces de DNA, permetent treballar amb mostres de difícil obtenció i aplicar-hi multiples experiments funcionals a la mateixa mostra, sense haver d’usar tot el material en la seqüenciació; 2) He definit un mètode per a aïllar el DNA microbià d’una mostra de pell completa per tal de dur a terme una anàlisi metagenòmica de la mostra. Hem demostrat la seva utilitat construint dues llibreries independents a partir de pell de ratolí; 3) He analitzat la relació entre la diversitat microbiana i un fenotip aïllat de l’hospedador; 4) He analitzat l’espectre fenotípic de l’hoste des d’un punt de vista sistèmic, he caracteritzat l’estat de salut metabòlica i la seua relació amb la microbiota.