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New Insights into the Biogenesis of Lactobacillus rhamnosus GG Pili and the In Vivo Effects of Pili

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Academic year: 2022

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(1)

DEPARTMENT OF VETERINARY BIOSCIENCES FACULTY OF VETERINARY MEDICINE

DOCTORAL PROGRAMME IN MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY UNIVERSITY OF HELSINKI

New Insights into the Biogenesis of Lactobacillus rhamnosus GG Pili and the In Vivo Effects of Pili PIA RASINKANGAS

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PIA RASINKANGAS New Insights into the Biogenesis of Lactobacillus rhamnosus GG Pili and the In Vivo Effects of Pili

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(5)

CONTENTS

LIST OF ORIGINAL PUBLICATIONS ABBREVIATIONS

ABSTRACT

1 INTRODUCTION . . . 1

2 REVIEW OF THE LITERATURE . . . 3

2.1 PILI IN GRAM-POSITIVE BACTERIA . . . 3

2.1.1 Biogenesis of sortase-dependent pili . . . 4

2.1.2 Pili in Lactobacillus rhamnosus GG . . . 11

2.2 LACTOBACILLUS RHAMNOSUS GG AS A PROBIOTIC . . . 16

2.2.1 Intervention trials . . . 18

2.2.2 Cellular level of microbial probiosis in the gastrointestinal tract . . . 23

3 AIMS OF THE STUDY . . . 34

4 MATERIALS AND METHODS . . . 35

4.1 OVERVIEW OF THE MOUSE TRIAL . . . 35

4.1 OVERVIEW OF THE HUMAN TRIAL . . . 35

5 RESULTS AND DISCUSSION . . . 39

5.1 SEARCH FOR DERIVATIVES OF LACTOBACILLUS RHAMNOSUS GG WITH ALTERED PILUS PRODUCTION CAPACITY (I & II) . . . 39

5.1.1 Chemical mutagenesis and enrichment of pilus derivatives . . . 39

5.1.2 Phenotypic and genotypic characterisation of the pilus-less derivatives (I) . 41 5.1.3 Phenotypic and genotypic characterisation of the highly mucus-adherent and pilus-secreting derivatives (II) . . . 43

5.2 IDENTIFICATION OF FUNCTIONAL VARIANTS OF PILIN SORTING SIGNAL LPxTG (III) . 45 5.2.1 Bioinformatic analysis . . . 45

5.2.2 Construction of the expression system and mutagenesis of the LPxTG motif . . . 45

5.2.3 Phenotypic characterisation of the mutants . . . 46

5.3 IN VIVO TRIALS TO ASSESS THE EFFECT OF PILI ON THE PERSISTENCE AND GUT MICROBIOTA MODULATION POTENTIAL OF LACTOBACILLUS RHAMNOSUS GG (IV) . . . 47

5.3.1 Analysis of the GIT persistence of the L. rhamnosus GG strains . . . 47

5.3.2 Gut microbiota analyses . . . 48

6 CONCLUSIONS AND FUTURE ASPECTS . . . 50

7 ACKNOWLEDGEMENTS . . . 55

8 REFERENCES . . . 57

(6)

LIST OF ORIGINAL PUBLICATIONS

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1 INTRODUCTION

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2 REVIEW OF THE LITERATURE

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