Human papillomavirus infection and bacterial microbiota in women and infants − with special reference to malignancy

Abstract

The human body harbours a diverse microbiota, which may have beneficial or detrimental effects on health. Bacteria can protect the body against viral infection or predispose the host to it. In addition, viruses and bacteria may induce cancer development, either alone or synergistically. The interactions between the indigenous bacteria and viruses remain poorly characterised.

This thesis focused on the composition of the bacterial microbiota in the oral mucosa, cervix, placenta and breast milk of pregnant women and the oral cavity of their infants. Furthermore, the associations between human papillomavirus (HPV) infection and the bacterial microbiota were investigated. Similarities between the neonatal mouth microbiota directly after birth and the microbiota in the maternal mouth, cervix and placenta were assessed. In addition, the invasion of HPV positive cervical carcinoma cells to benign leiomyoma derived matrices and the impact of HPV viral load and ionizing radiation were evaluated in vitro.

This study was based on 39 mother-infant pairs. The maternal mouth, cervix, placenta and breast milk, as well as the infant mouth were discovered to harbour a distinct bacterial microbiota, which varied between the anatomical regions. The bacterial microbiota of HPV-positive samples was significantly different from that of HPV-negative samples in both the mother’s and child’s mouth as well as in the cervix and placenta. It is of note that HPV-positive samples were found to exhibit more potentially pathogenic bacteria as compared to HPV-negative samples. The bacterial microbial community in the neonatal mouth immediately after birth shared features with that detected in the placenta. Similarity to the maternal birth canal or oral microbiota was less pronounced. In the experimental model, HPV-positive cervical carcinoma cells were able to invade myoma-based tissue models. The carcinoma cell line containing less HPV was slightly more invasive than the cell line containing more HPV, but there was no difference in the area of invasion. Exposure to ionizing radiation reduced carcinoma cell invasion.

To conclude, there is a relationship between the bacterial microbiota composition and HPV infection in the maternal and infant mouth, uterine cervix and placenta. Infant oral colonization may begin before birth. In the experimental myoma tissuemodel, the HPV viral load in carcinoma cell lines had only minor effect on cell invasion. In contrast, exposure to ionizing radiation reduced the depth and area of invasion of cervical carcinoma cells.

Ihmisen papilloomavirusinfektio ja bakteerimikrobiomi naisilla ja vastasyntyneillä − erityishuomio pahanlaatuisuuteen

Ihmiskehon eri osien mikrobistolla voi olla suotuisia tai haitallisia vaikutuksia terveyteen. Bakteerit voivat suojata kehoa virusinfektioilta tai edesauttaa niiden tarttumista. Lisäksi virukset ja bakteerit voivat altistaa syövän kehittymiselle joko yksinään tai yhteisvaikutuksellisesti. Bakteerien ja virusten vuorovaikutukset ovat huonosti tunnettuja.

Väitöskirjatutkimus keskittyi selvittämään raskaana olevien naisten ja heidän vastasyntyneiden lastensa suun limakalvojen, kohdunkaulan, istukan sekä äidinmaidon bakteerimikrobiston koostumusta ja sen yhteyttä ihmisen papilloomavirusinfektioon (HPV). Tutkittiin myös sitä, vallitseeko äidin suun, kohdunkaulan ja istukan bakteerimikrobiston ja lapsen suussa heti syntymän jälkeen todetun mikrobiston välillä yhteys. Lisäksi arvioitiin HPV positiivisten kohdunkaulasolulinjojen invaasiokykyä hyvänlaatuisista myoomakasvaimista kehitettyihin matrikseihin sekä HPV virusmäärän ja ionisoivan säteilyn vaikutusta tähän invaasioon.

Tutkimus perustui 39 äiti-lapsiparin näytteisiin. Äidin suussa, kohdunkaulassa, istukassa ja äidin maidossa sekä lapsen suussa todettiin niille ominainen bakteerimikrobisto, joka vaihteli anatomisten alueiden välillä. HPV-positiivisten näytteiden bakteerimikrobisto oli erilainen kuin HPV-negatiivisten näytteiden sekä äidin että lapsen suussa, kohdunkaulassa ja istukassa. Merkille pantavaa on, että HPV-positiivisissa näytteissä todettiin enemmän tautiprosesseihin liitettyjä bakteereita. Lapsen suun bakteerimikrobisto heti syntymän jälkeen muistutti eniten istukassa todettua mikrobistoa. Samankaltaisuus äidin synnytyskanavan tai suun bakteeriston kanssa oli vähäisempi. Kokeellisissa tutkimuksissa HPV-positiiviset kohdunkaulan syöpäsolut kykenivät invasoimaan myoomapohjaisiin kudosmalleihin. Vähemmän HPV:tä sisältävä solulinja invasoi hieman voimakkaammin kuin suuremman virusmäärän sisältävä solulinja, mutta invaasion pinta-alalla ei ollut eroa. Altistus ionisoivalle säteilylle vähensi syöpäsolujen invaasiota.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkittujen anatomisten alueiden bakteerimikrobiston koostumuksen ja HPV-infektion välillä on yhteys. Vastasyntyneen lapsen suun mikrobisto voi alkaa muodostua kohdussa jo ennen syntymää. Kokeellisessa mallissa HPV:n virusmäärällä syöpäsolussa oli vain vähäinen vaikutus solujen invaasioon. Sen sijaan altistus ionisoivalle säteilylle merkittävästi vähensi syöpäsolujen invaasion syvyyttä ja pinta-alaa.