2/28/2018

1

TRI

The Microbiome and Human Metabolism

Karen D. Corbin, PhD, RDInvestigator

Translational Research Institute for Metabolism and Diabetes

TRIOutline

Career Trajectory

Microbiome

• Human Metabolism

• Technological Advances

The Scientist of Tomorrow

2/28/2018

2

TRITranslational Research Institute for Metabolism and Diabetes

• Dedicated translational research space @ Florida Hospital, Orlando• Mission: Innovate, Discover, Cure• Formula for Success:

• Facilities• Research Niche• Built‐In Synergy• Diversified research portfolio

TRIDefinitions: The “Bugs” that Inhabit Us

Microbiota: A microbial community that occupies a given habitat.

Microbiome: The collective genomes of those microorganisms.

Nutr Rev. 2012; 70:S38

2/28/2018

3

TRIHumans as Superorganisms: We are not Alone

The human body has 10 times more bacterial than human cells.

Bacteria make up 1‐3% of our body mass.

The Microbiome: The Second Human Genome?

Nature, June 14, 2012, Cover ImageNIH Human Microbiome Project

TRI

Tissue Specificity of Human Microbial Communities

Nat Rev Genet. 2012 13:260

Hair

Nostril

Skin

Vagina

Mouth

Esophagus

H. pylori (‐) stomach

H. pylori (+) stomach

Colon

2/28/2018

4

TRIFactors that Influence Microbiome Composition

Infancy:• Mode of delivery• Genetics• Breast milk vs. formula

Childhood• Developing immune system

• Socialization• Diet Quality• Antibiotics

Nat Rev Microbiol. 2011;9:279

Adolescence/Early Adulthood:• Puberty• Sexual Activity• Smoking• Moving • Fitness• Diet Experimentation

Adulthood• Weight Gain• Pregnancy• Medication/Illness• Travel• Aging

TRIThe “Aha!” Moment: The Microbiome and Obesity

Germ‐free (GF) mice have smaller fat cells than conventional mice.

When GF mice are exposed to microbiome from conventionally raised mice:

• 60% increase in fat cell size

• Insulin resistance

Why?

• Increased harvest of calories from food

• Increased fat production in liver

• Suppression of a gene that regulates

fat cell size.

PNAS 2004;101:15718

2/28/2018

5

TRI

Obese adults and adolescents have alterations in the ratio of two bacterial 

phyla: Firmicutes and Bacteriodetes.• Proportions shift with weight loss, caloric restriction and bariatric surgery.– Nature. 2006; 444:1022

– Nature. 2009; 457:480

Mice become obese when they receive microbiome from obese, but not lean, twins. 

– Science. 2013;341:1241214

Human Obesity: The Role of the Microbiome

N = 11‐12 obese individuals on a weight loss dietvs.

N = 2 lean individuals, 2 samples each, 1 year apart

TRI

Acta Diabetol. 2011. 48:257

Microbial Imbalance (Dysbiosis) & Human Disease

2/28/2018

6

TRIHow is the Microbiome Linked 

to Human Metabolism?

Bile Acids

Energy Harvest

Satiety

Food Intake

Tissue Metabolism

Mitochondrial Function

Aliment Pharmacol Ther; 2015 PMID: 26304302 Nature 2012; 489:242

TRIMicrobiome to Make Space Food? 

https://www.npr.org/sections/thesalt

2/28/2018

7

TRITracking Bacteria in the Human Gut

When bacteria are used therapeutically, how do we know they reached their destination?

A study in mice combined genetic engineering and ultrasound to find out. 

• Pilot data indicates this may work in humans.  E. coli bacterium that was genetically engineered to 

express gas vesicles in order to track its movement through a mouse's body using ultrasound.

https://spectrum.ieee.org/the‐human‐os/biomedicalNature Electronics (2018) 1:79–87

TRIThe State of Microbiome Therapeutics

Microbiome transplants used successfully to treat a bacterial infection  (C. diff) that causes gastrointestinal problems.

Preliminary data shows the potential microbiome transplants to treat metabolic disease.

Several companies are actively pursuing microbiome modulating drugs. 

N Engl J Med 2013; 368:407; Gut Microbes 2017; 8:253; http://www.secondgenome.com/

2/28/2018

8

TRIThe Domains of Microbiome Therapeutics

Sci Transl Med. 2011; 3:78ps12. 

Healthy Microbiota

Dysbiotic(diseased) microbiota

Diagnosis

Treatment

TRIFilling the Gaps: How Do We Get There?

Move beyond associations and define causality

• Understand the bugs 

• Impact of host factors 

• Mechanisms

2/28/2018

9

TRIMicrobiome Studies at TRI

1. Is the microbiome a causal element in human obesity?

2. How is the microbiome modulated in type 1 diabetes as body weight increases?

3. Is the microbiome a biomarker for liver disease resolution after bariatric surgery?

TRIThe Scientist of Tomorrow

Fearless

Outside the Box

Globally Collaborative

Beyond Self

Strong Communicator

2/28/2018

10

Advancing Innovation through Impactful Scientific Communication 

IdeasIdeas

+ Action+ Action

= Discoveries= Discoveries

Ideas

+ Action

= Discoveries

#WeAreSmarterTogether

TRI

Questions?

Karen Corbin(407) 303‐1350

Karen.Corbin@flhosp.org

@KarenCorbinPhD